JP2007262644A - 極細繊維とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶媒を用いることなく、極めて細径でありながら径の均一性が高く、また物性的にも優れた極細繊維を提供する。
【解決手段】極細繊維製造方法は、原料繊維１である熱可塑性高分子に赤外線１１を照射して溶融させ、熱可塑性高分子１とターゲット９の間に高電圧を印加し、高電圧の電場の引力により熱可塑性高分子をターゲット９上に曳いて細化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶媒を使用することなく、極めて細径でありながら径の均一性が高く、また物性的にも優れた極細繊維、およびその製造方法に関するものである。

熱可塑性の原料樹脂を溶融紡糸により繊維化し、その繊維を高速の気体によって吹き飛ばして捕集板上でシート状に捕集して不織布を一貫連続して製造する方法は、メルトブローン法といわれて、例えば特許文献１に開示されている。また、例えば特許文献２に示されているエレクトロスピニング法は、溶液紡糸法を採用して繊維化し、不織布を連続して製造する方法である。

特開昭４９−１０２５８号公報 特開２００５−３３０６２４号公報

しかしながら、メルトブローン法等の直接紡糸法では直径３μｍ程度以下の繊維を量産することは困難とされている。また、溶融した原料樹脂を細いノズルから押し出すため、原料樹脂の分子量に限界があって物性の向上も望めない。直径ムラも大きくなりやすい。エレクトロスピニング法等の溶液紡糸法は、溶媒を回収するためのコストがかかり、また溶媒を完全に回収することは極めて困難であることから、地球環境への負荷という面から好ましいものではない。

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、溶媒を用いることなく、極めて細径でありながら径の均一性が高く、また物性的にも優れた極細繊維を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、請求項１に係る発明の極細繊維製造方法は、熱可塑性高分子に赤外線を照射して低粘度化し、この熱可塑性高分子とターゲットとの間に高電圧を印加し、該高電圧の電場の引力により該熱可塑性高分子を該ターゲットに曳いて細化することを特徴とする。

同じく請求項２に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項１の極細繊維を製造する方法であって、前記により高電圧を印加するとともに、空気流を付与することで該熱可塑性高分子融液を加速させることを特徴とする。

請求項３に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項１の極細繊維を製造する方法であって、該熱可塑性高分子が該赤外線を照射する前の時点において固体繊維状であることを特徴とする。

請求項４に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項３の極細繊維を製造する方法であって、該繊維状の熱可塑性高分子の直径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の繊維であることを特徴とする。

請求項５に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項１の極細繊維を製造する方法であって、該熱可塑性高分子が該赤外線を照射する前の時点においてノズルから吐き出された融液であることを特徴とする。

請求項６に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項１の極細繊維を製造する方法であって、該赤外線がレーザービームであることを特徴とする。

請求項７に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項１の極細繊維を製造する方法であって、該レーザービームの光源が炭酸ガスレーザーであり、レーザーの照射によって該熱可塑性高分子の温度を充分高温まで昇温させることにより該熱可塑性高分子を充分に低粘度化することを特徴とする。

レーザーの照射による温度上昇は、該熱可塑性高分子の結晶融解温度もしくは軟化温度よりも５０〜５００Ｋ高い温度までとすることが好ましく、該熱可塑性高分子の結晶融解温度もしくは軟化温度よりも１００〜３００Ｋ高い温度がより好ましい。この程度の温度にすることにより、熱可塑性高分子の十分な低粘度化が得られ、電場の引力により引き伸ばし細化できる。これより低い温度では、該熱可塑性高分子を電場によって引き伸ばすことができるほどには充分に低粘度化することができず、この方法によって極細繊維をえることができない。またこの温度よりも高い場合には、繊維が電場によって引き伸ばされて冷却固化する以前に分解が進んでしまうため、良好な極細繊維が製造できない。

従って、良好な極細繊維を作成するためには、適度の温度まで昇温することが必要になる。このためには、レーザー照射後に該熱可塑性高分子が到達する最高温度を実測して制御するのが好ましいが、実際には瞬間的に昇温して電場により引き伸ばされ、冷却・固化するため、直接高精度に測定・制御することは一般に難しい。ただし、電場を加えない状態でなら最高温度を実測できることも多いため、この場合は実測することが好ましい。一方で、試料の分解が進む場合や試料のサイズが小さい場合には、直接測定では温度精度が確保できない。この場合には、計算によって求めた温度精度の方が高いので、こちらを採用する方が合理的である。

レーザー照射後に該熱可塑性高分子が到達する最高温度は、レーザー照射前の該熱可塑性高分子の温度、レーザー光源の出力、レーザービームの照射効率、照射時間、およびレーザービームが照射される該熱可塑性高分子の体積、および該熱可塑性高分子の密度と比熱より、次式によって推定できる。

最高温度＝照射前温度＋レーザー出力×照射効率×照射時間／（比熱×密度×体積）
例えば結晶融解温度約250℃、密度約１.３g/cm³、比熱２．３ｋJ/kg/K のPETを20℃の室温から結晶融解温度よりも120K高い370℃まで昇温させる場合を考えると、該熱可塑性高分子1ｍｍ³あたり約1.0Jのエネルギーを照射すれば良いことになる。従って、出力10Wのレーザーを照射効率0.5で1ｍｍ³のPETに照射する場合を考えると、レーザーを照射する時間は約0.2秒になる。PETを連続的に供給する場合、0.2秒間に1ｍｍ³のPETを供給すればよいので、試料流量は5ｍｍ³/秒、すなわち質量流量約0.4g/minでPETを供給すれば求める温度まで昇温することができる。同様に、280℃のPET溶融体を結晶融解温度よりも200K高い450℃まで昇温するには、レーザー照射時間は約0.1秒で良く、PETを連続的に供給する場合の試料流量は10ｍｍ³/秒、すなわち質量流量約0.8g/minと算出できる。

ここで照射効率とは、レーザー光の照射エネルギーのうち繊維原料となる該熱可塑性高分子に吸収されるエネルギーの割合を表す0から1の範囲の数値であり、照射される熱可塑性高分子の形態やレーザービームの形状、および照射のための光学系等によって決まる。サイズや性質が既知の試料に弱めのレーザービームを照射し、最高温度を実測することにより照射効率を算出し、製造時の温度推定に用いる。

請求項８に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項１の極細繊維を製造する方法であって、該高電圧が１〜４０ｋＶであり、かつ該高電圧の平均電場が０．０５〜１．０Ｖ／ｍであることを特徴とする。電場がこれ以上の場合には電極間でスパークが生じ易くなるため電場が安定しない。一方電場がこれ以下の場合には、充分低粘度化した該熱可塑性高分子を電場によって効率的に引き伸ばすことができない。

請求項９に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項１の極細繊維を製造する方法であって、該ターゲットが捕集板であり、その捕集板の上に、前記により細化した該極細繊維が無秩序に捕捉されることを特徴とする。

請求項１０に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項１の極細繊維を製造する方法であって、該ターゲットがボビンであり、そのボビンに、前記により細化した該極細繊維が巻き取られることを特徴とする。

請求項１１に係る発明の極細繊維製造方法は、請求項２の極細繊維を製造する方法であって、空気流の速度が０．１〜５００ｍ／ｓｅｃであり、空気流の温度が０〜６００℃であることを特徴とする。

また、請求項１２に係る発明の極細繊維は、赤外線を照射して充分に低粘度化した熱可塑性高分子と、ターゲットの間に高電圧を印加し、該高電圧の電場の引力により熱可塑性高分子をターゲットに曳いて細化されたことを特徴とする。

請求項１３に係る発明の極細繊維は、赤外線を照射して加熱して充分に低粘度化した熱可塑性高分子融液とターゲットの間に高電圧を印加するとともに、空気流を付与することで該熱可塑性高分子融液を加速させ、該高電圧の電場の引力により熱可塑性高分子をターゲットに曳いて細化されたことを特徴とする。

請求項１４に係る発明の極細繊維は、請求項１２または１３に記載した極細繊維の直径が１０ｎｍから５μｍであることを特徴とする。

請求項１５に係る発明の極細繊維は、請求項１２または１３に記載した極細繊維であって、該熱可塑性高分子が、ポリエステル系、ポリアクリル系、ポリアミド系、ポリビニル系、ポリ乳酸系、ポリオレフィン系、フッ素系樹脂から選ばれる高分子であることを特徴とする。

さらに請求項１６に係る発明の繊維ウェッブは、請求項１２，１３，１４または１５に記載した極細繊維を含むことを特徴とする。

また、請求項１７に係る発明の極細繊維の製造装置は、請求項１２に記載した極細繊維を製造する装置であって、該ターゲットが捕集板であり、その捕集板の上に、前記により細化した極細繊維が無秩序に捕捉されることを特徴とする。

請求項１８に係る発明の極細繊維の製造装置は、請求項１２に記載した極細繊維を製造する装置であって、該ターゲットがボビンであり、そのボビンに、前記により細化した極細繊維が巻き取られることを特徴とする。

請求項１９に係る発明の極細繊維の製造装置は、請求項１３に記載の極細繊維の製造装置であって、該空気流の速度が０．１〜５００ｍ／ｓｅｃであり、該空気流の温度が０〜６００℃であることを特徴とする。

本発明の極細繊維製造方法によれば、原料の熱可塑性高分子に高エネルギーの熱線である赤外線を照射し、急速にきわめて粘度の低い融液とすることによって、電場の引力により曳いて紡糸することができるようになるから、極めて細い繊維を造ることができる。この方法により、従来のメルトブローン法等の直接紡糸法では不可能とされていた直径３μｍ程度以下の極細繊維を、溶媒を用いずに量産することが可能となった。紡糸時に高分子を十分粘度の低い溶融状態にできるため、高分子の分子量が大きくても糸切れなく紡糸ができる。また赤外線照射により急速昇温して十分粘度の低い融液にした直後に電場の引力により引き伸ばされて急速に冷却され固化するため、高温かつ低粘度の状態にある時間はきわめて短く、熱分解による物性低下も避けられる。そのため糸強力等の物性面でも優れた繊維が得られる。直径ムラも少なくなる。この製造方法で、電場形成のための電極形状や電極間の電位分布を制御することにより、得られる繊維集合体中での繊維配向を制御することも可能である。

また溶媒を使用しないため、溶媒回収コストの不要だけではなく、資源の節約、溶媒の飛散がない等の環境維持の面から好ましい。
さらに、本発明の極細繊維製造方法によれば、連続的に極細繊維を製造でき、さらにはその極細繊維で連続的に不織布を製造できる。そのため、高い生産性の製造方法であり、安価に極細繊維およびその不織布を製造できる。

発明を実施するための形態

本発明を実施するため好ましい形態は、以下のとおりである。
図１は本発明を適用する極細繊維製造方法を実施するための装置の一例の概略構成を示す図である。原料として繊維状の熱可塑性高分子を使用する例である。図に示すとおり、原料繊維１が、レーザービーム１１を照射されて溶融し、高電圧の電場引力で曳かれ、極細繊維１０となってターゲットである捕集板９に到達して捕捉される。

原料繊維１は、例えばポリエステルであるポリエチレンテレフタレートであり、軟化点〜溶融点は２４０〜２５０℃のものである。目的とする極細繊維１０の直径０.０１〜５μｍの１０〜１０００倍程度の太さである１０〜１０００μｍのポリエステル原料繊維１がリール８に巻かれている。原料繊維１は、偏向ローラ３により進行方向を決められ、夫々モータ（不図示）に駆動されるニップロール６ａと６ｂおよびニップロール４ａと４ｂに銜えられて引かれ、オリフィス（ニードル）５を通ってから出る。

オリフィス５の出口では、赤外線源である炭酸ガスレーザー７が目標を定めて原料繊維１にレーザービーム１１を照射する。レーザービーム１１の照射時間は0.1ミリ秒以上1秒以下であり、この照射により原料高分子の温度を原料高分子の融点もしくはガラス転移温度のどちらか高い方の温度よりも充分高い温度まで加熱する。これにより原料繊維１のポリエステルは軟化溶融する。一方、オリフィス５と捕集板９との間には、電源１２から直流高電圧が印加されている。溶融している原料繊維１は、その電場引力に曳かれて細化し、目的とする直径の極細繊維１０となり、そして捕集板９の上に無秩序に捕捉された繊維集合体となる。

この状態からさらに極細繊維の捕捉量を増やし、接着処理や加熱融着処理をすれば、不織布とすることができる。繊維集合体または不織布は、フィルター、電池セパレータ、医療用途、衣料品などへの利用ができる。

図２は同じく本発明を適用する極細繊維製造方法を実施するための装置の一例の概略構成を示す図である。原料の熱可塑性高分子がエクストルーダー２２のノズル２０から吐き出された溶融樹脂２８である例を示している。図に示すとおり、溶融樹脂２８が、赤外線を照射されて加熱され、十分低粘度となった融液で、高電圧の電場引力で曳かれ、極細繊維１０となってボビン２９に捕集される。この際、ボビンの回転速度が電場によってもたらされる糸速度よりも充分に大きければ単独の繊維として巻き取られる。ボビンの回転速度が電場によってもたらされる糸速度よりも小さければ極細繊維からなるウェッブ状態となって捕集される。得られた繊維もしくはウェッブは、ボビン２９以降で延伸することにより、分子鎖や繊維を配列させ、物性を制御することができる。

原料の熱可塑性高分子は、例えばポリアミド樹脂であるナイロン（登録商標）のペレットである。ナイロンのペレットはエクストルーダー２２により溶融して押し出される。エクストルーダー２２は、ヒーター付きシリンダ２７に、スクリュー２４が挿通され、ホッパー２３が付されている。スクリュー２４はモータ２５にベルトで連結されている。ナイロンのペレットがホッパー２３から投入されると、シリンダ２７で加熱されながらスクリュー２４の回転で練られ軟化溶融しつつ進行し、融液状態２８となってノズル２０から吐き出される。

ノズル２０では、赤外線発光ダイオード２６が目標を定めて融液状態の樹脂２８に赤外線を照射する。この照射により、溶融樹脂２８のナイロンは温度が上昇して粘度が充分低下する。一方、ノズル２０とボビン２９との間（距離Ｄ＝２〜３００ｍｍ）には、電源１２から直流高電圧が印加されている。溶融樹脂２８は、その電場引力に曳かれて細化し、目的とする直径の極細繊維１０となる。この極細繊維１０はモータ（不図示）に連結したボビン２９に巻かれ、無限長の単繊維もしくは繊維ウェッブとして様々な用途に利用される。

図３は同じく本発明を適用する極細繊維製造方法を実施するための装置の一例の概略構成を示す図である。この装置はエクストルーダー２２とメルトブローンダイ３０とが一体化している。図中、メルトブローンダイ３０は一部、断面構造を表している。エクストルーダー２２は、ヒーター付きシリンダ２７に、スクリュー２４が挿通され、ノズル２０及びホッパー２３が付されている。スクリュー２４はモータ２５にベルトで連結されている。エクストルーダー２２のノズル２０の一部は、メルトブローンダイ３０に挿入されている。メルトブローンダイ３０は空洞状になっており、空間部Ｓと筒状空間部Ｔとを有している。筒状空間部Ｔの一端は空気流入口１３ａを備えている。また、メルトブローンダイ３０は筒状空間部Ｔの他端付近に空気流入口１３ｂ及び１３ｃを備えている。空気流入部１３ａ、１３ｂ及び１３ｃは、それぞれ独立して外部コンプレッサー（不図示）と接続される。

メルトブローンダイ３０は、ノズル２０の先端より下方の筒状空間部Ｔと外部との間であって、ノズル２０の挿入方向に対して垂直な空間部の外部側に、外部電源と接続された炭酸ガスレーザー７を備えており、空間部の筒状空間部Ｔ側に、レーザー透過材３２を備えている。また、電極１４は、レーザー透過材３２の設置部より下方に埋め込まれ、その一部が筒状空間部Ｔに露出している。この電極１４は、外部電源と接続されている。メルトブローンダイ３０はコンベア１９，サクション１７及びボビン２９と係合している。コンベア１９は、メルトブローンダイ３０の空間部Ｓの左右両端に上下に並んだニップロール１８ａ及び１８ｂとニップロール１８ｃ及び１８ｄにそれぞれ銜えられ、メルトブローンダイ３０の外部で四つの偏向ローラ３に支承されている。各ニップロール及び各偏向ローラ３はモータ（不図示）と連結している。ボビン２９は、コンベア１９の上部の延長線上に、その一端が位置するように、外部に備えられ、モータ（不図示）と連結している。また、サクション１７は通気管１６を介してメルトブローンダイ３０の空間部Ｓと通気している。

図３の装置による極細繊維１０は以下のように製造される。エクストルーダー２２から溶融樹脂２８がメルトブローンダイ３０内へ吐き出され、メルトブローンダイ３０内の筒状空間部Ｔ及び空間部Ｓを介して、極細繊維１０となり、コンベア１９に誘導されて外部のボビン２９に巻き取られる。詳しく説明すると、原料の熱可塑性高分子であるナイロンのペレットは、ホッパー２３から投入されると、シリンダ２７で加熱されながらスクリュー２４の回転で練られ軟化溶融しつつ進行し、融液樹脂２８となってノズル２０からメルトブローンダイ３０内へ吐き出される。このとき、炭酸ガスレーザー７からレーザービーム１１が、レーザー透過材３２を介して照射口３１へ照射される。吐き出された溶融樹脂２８は、筒状空間部Ｔにおいて、照射口３１からのレーザービーム１１に照射され、粘度が充分低下する。電極１４とノズル２０との間に、図１及び図２と同様に外部電源より直流高電圧が印加され、コンベア１９の方向に電場引力が発生している。このとき、ノズル２０は電極として作用している。溶融樹脂２８は、電場引力によりコンベア１９方向に曳かれるとともに、外部コンプレッサーにより空気が空気流入口１３ａ〜１３ｃから流入することで加速され、極細繊維１０となってターゲットであるコンベア１９上に到達する。コンベア１９上に到達した極細繊維１０は、モータ（不図示）に駆動される偏向ローラにより誘導され、コンベア１９とともに別なモータ（不図示）に駆動されるニップロール１８ａと１８ｂに銜えられて引かれる。さらに別なモータ（不図示）に連結したボビン２９に巻き取られる。この際、ボビンの回転速度が電場及び空気流によってもたらされる糸速度よりも充分に大きければ単独の繊維として巻き取られる。ボビンの回転速度が電場及び空気流によってもたらされる糸速度よりも小さければ極細繊維からなるウェッブ状態となって捕集される。得られた繊維もしくはウェッブは、ボビン２９以降で延伸することにより、分子鎖や繊維を配列させ、物性を制御することができる。また、空気流入口１３ａ〜１３ｃより流入した空気は、空間部Ｓを介してサクション１７により吸引され、装置外へ排気される。

空気流入口１３ａ、１３ｂ及び１３ｃの中でも、空気流入口１３ａからの外部コンプレッサーによる空気の流入は、均一な極細繊維製造のために特に好適である。また、空気流入口１３ｂ及び１３ｃからの空気の流入量を制御することによって、極細繊維１０の走行を安定させることができる。
また、空気流入口１３ａ、１３ｂ及び１３ｃに、外部コンプレッサーを接続せず、外気と通気していてもよい。
電極１４は複数設置していてもよい。この場合、ノズル２０と各電極１４との間に印加される電圧を変えることで、筒状空間部Ｔ内の電位分布及び電場引力の分布を制御することができる。
レーザー透過材として、例えば、カルコゲナイトガラス、ジンクセレン、珪素、ゲルマニウムが挙げられる。

上記図１の実施形態では、原料が繊維状の熱可塑性高分子、赤外線がレーザービーム、ターゲットが捕集板という組み合わせ、図２の実施形態では原料が溶融樹脂、赤外線が発光ダイオードの光線、ターゲットがボビンという組み合わせとなっている。また、図３の実施形態では原料が溶融樹脂、赤外線がレーザービーム、ターゲットがコンベアという組み合わせとなっている。しかし、これらの要素は適宜組み合わせを変えて実施できる。

以下、本発明を適用した実施例の実験を説明するが、本発明の範囲はこれらの実験例に限定されるものではない。図１の装置を使い、本発明の実験１，２及び３を行った。また、図３の装置を使い、本発明の実験４を行った。尚、比較のため、メルトブローによる比較実験を行った。ここで試料の最高温度は、レーザー照射前の試料温度、レーザー光源の出力およびレーザービーム内の出力分布、試料の断面積および走行速度、照射時間、および試料高分子の密度と比熱より算出した推定値である。推定には、レーザー照射による繊維温度上昇が、レーザー出力と照射時間に比例し、繊維の走行速度には反比例することを利用した。具体的には、まず実施例の実験条件からレーザー出力と照射時間、もしくは繊維の走行速度を変えることによって繊維が溶融しないようにする。そしてこの状態で赤外温度計によって繊維の最高温度を実測する。得られた温度と、実験条件、すなわちレーザー出力、照射時間、および繊維走行速度の比より、実施例における最高温度を推定した。

（実験１）
直径２３１.３±４.２μmの繊維状ポリエチレンテレフタレートを一定速度で送り出しながら、レーザー光照射により加熱し、印加電圧によって引き伸ばして極細繊維を製造した。照射したレーザービームは、円筒状であり、ビーム直径３mmである。走行速度０.１ｍ／ｓｅｃ、オリフィス−捕集板間距離５０mm、印加電圧２０ｋV、電場０.４０V/m、レーザー出力７.０W、ファイバー直径１.６μm、試料の最高温度４４０℃、照射時間０.２９Secである。推定された最高繊維温度は４４０℃であり、ポリエチレンテレフタレートの結晶融解温度２５０℃よりも１９０Ｋ高い。レーザー出力をこれ以上に高めると、分解が進み、均一な繊維を得られなかった。一方レーザー出力がこれ以下だと、直径5ミクロン以下の繊維が得られなかった。

（実験２）
直径２３１.３±４.２μm、長さ3mmの繊維状ポリエチレンテレフタレートにレーザー光を照射して加熱し、印加電圧によって引き伸ばして極細繊維を製造した。照射したレーザービームは、円筒状であり、ビーム直径３mmである。試料長３mm、オリフィス−捕集板間距離６５mm、印加電圧９.８ｋV、電場０.１５V/m、レーザー出力１１.０W、ファイバー直径２μm、試料の最高温度４８０℃、照射時間０.２０Secである。推定された最高繊維温度は４８０℃であり、ポリエチレンテレフタレートの結晶融解温度２５０℃よりも２３０Ｋ高い。

（実験３）
平均直径２４２μｍの繊維状ポリエチレンテレフタレートを一定速度で送り出しながら、レーザー光照射により加熱し、印加電圧によって引き伸ばして極細繊維を製造した。照射したレーザービームは扁平筒状であり、繊維の走行方向に対し、平行方向の幅が１．９ｍｍ、垂直方向の幅が９．１ｍｍである。吐出速度０．０００４ｍ／ｓｅｃ、オリフィス−捕集板間距離５０mm、印加電圧１５ｋV、電場０．３０Ｖ／m、レーザー出力８．５W、ファイバー直径１．８μm、試料の最高温度４９０℃である。推定された最高繊維温度は４９０℃であり、ポリエチレンテレフタレートの結晶融解温度２５０℃よりも２４０Ｋ高い。レーザー出力を９．１Ｗ以上に高めると、分解が進み、均一な繊維が得られなかった。

（実験４）
平均直径２４２μｍの繊維状ポリエチレンテレフタレートを一定速度で送り出しながら、レーザー光照射により加熱後、空気流による加速と印加電圧によって引き伸ばして極細繊維を製造した。照射したレーザーは扁平筒状であり、繊維の走行方向に対し、平行方向の幅が１．９ｍｍ、垂直方向の幅が９．１ｍｍである。吐出速度０．０００４ｍ／ｓｅｃ、オリフィス−捕集板間距離５０mm、空気流の流速５ｍ／ｓｅｃ、印加電圧１５ｋV、電場０．３０Ｖ／m、レーザー出力９．１W、ファイバー直径１．１μm、試料の最高温度５２５℃である。空気流による加速前の推定最高繊維温度は５２５℃であり、ポリエチレンテレフタレートの結晶融解温度２５０℃よりも２７５Ｋ高い。

（実験５）
平均直径２４２μｍ、長さ３ｍｍの繊維状ポリ乳酸系樹脂にレーザー光を照射して加熱し、印加電圧によって引き伸ばして極細繊維を製造した。照射したレーザーは扁平筒状であり、繊維の走行方向に対し、平行方向の幅が２．３ｍｍ、垂直方向の幅が６．６ｍｍである。オリフィス−捕集板間距離５０mm、印加電圧１５ｋV、電場０．３０Ｖ／m、レーザー出力８．１W、ファイバー直径０．７μｍ、試料の最高温度３００℃、照射時間０．１８ｓｅｃである。推定した最高繊維温度は３００℃であり、ポリエチレンテレフタレートの結晶融解温度１７０℃よりも１３０Ｋ高い。

（比較実験１）
直径２３１.３±４.２μm、長さ3mmの繊維状ポリエチレンテレフタレートにレーザー光を照射して加熱し、エアスプレー Hyper Clean 490（エツミ社製）による空気流の吹き付けによって繊維を引き伸ばして極細繊維の製造を試みた。照射したレーザーは、円筒状であり、ビーム直径３mmである。試料長３mm、オリフィス−捕集板間距離７０mm、電圧印加なし、レーザー出力３．５W、ファイバー直径６．６μm、試料の最高温度４５４℃、照射時間０.６０Secである。実験条件より算出された繊維温度は４５４℃であり、ポリエチレンテレフタレートの結晶融解温度２５０℃よりも２０４Ｋ高い。得られた繊維の直径は最小でも６．６μmに留まり、これより細い極細繊維は作成できなかった。レーザー出力をこれ以上に高めると、分解が進み、均一な繊維を得られなかった。一方レーザー出力がこれ以下だと、さらに太い繊維しか得られなかった。

本発明を適用する極細繊維製造方法を実施するための装置の一例の概略構成を示す図である。

同じく本発明を適用する極細繊維製造方法を実施するための装置の別な例の概略構成を示す図である。

同じく本発明を適用する極細繊維製造方法を実施するための装置の別な例の概略構成を示す図である。

符号の説明

１は原料繊維、３は偏向ローラ、４a，４bはニップロール、５はオリフィス、６a，６bはニップロール、７は炭酸ガスレーザー、８はリール、９は捕集板、１０は極細繊維、１１はレーザービーム、１２は電源、１３a，１３b，１３cは空気流入口、１４は電極、１６は通気管、１７はサクション、１８a，１８b，１８c，１８dはニップロール、１９はコンベア、２０はノズル、２２はエクストルーダー、２３はホッパー、２４はスクリュー、２５はモータ、２６は赤外線発光ダイオード、２７はヒーター付きシリンダ、２８は溶融樹脂、２９はボビン、３０はメルトブローンダイ、３１は照射口、３２はレーザー透過材、Ｓは空間部、Ｔは筒状空間部である。

Claims (19)

1. 赤外線を照射して加熱し、低粘度化した熱可塑性高分子融液とターゲットとの間に高電圧を印加し、該高電圧の電場の引力により該熱可塑性高分子を該ターゲットに曳いて細化することを特徴とする極細繊維を製造する方法。
2. 前記により高電圧を印加するとともに、空気流を付与することで該熱可塑性高分子融液を加速させることを特徴とする請求項１に記載の極細繊維を製造する方法。
3. 該熱可塑性高分子が繊維状であることを特徴とする請求項１に記載の極細繊維を製造する方法。
4. 該繊維状の熱可塑性高分子の直径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の繊維であることを特徴とする請求項３に記載の極細繊維を製造する方法。
5. 該熱可塑性高分子がノズルから吐き出された融液であることを特徴とする請求項１に記載の極細繊維を製造する方法。
6. 該赤外線がレーザービームであることを特徴とする請求項１に記載の極細繊維を製造する方法。
7. 該レーザービームが炭酸ガスレーザーであって、照射により該熱可塑性高分子の温度を該熱可塑性高分子の結晶融解温度もしくは軟化温度よりも５０〜５００Ｋ高い温度まで昇温させることにより該熱可塑性高分子を充分に低粘度化することを特徴とする請求項１に記載の極細繊維を製造する方法。
8. 該高電圧が１〜４０ｋＶであり、かつ該高電圧の平均電場が０．０５〜１．０Ｖ／ｍであることを特徴とする請求項１に記載の極細繊維を製造する方法。
9. 該ターゲットが捕集板であり、その捕集板の上に、前記により細化した該極細繊維が無秩序に捕捉されることを特徴とする請求項１に記載の極細繊維を製造する方法。
10. 該ターゲットがボビンであり、そのボビンに、前記により細化した該極細繊維が巻き取られることを特徴とする請求項１に記載の極細繊維を製造する方法。
11. 該空気流の速度が０．１〜５００ｍ／ｓｅｃであり、該空気流の温度が０〜６００℃であることを特徴とする請求項２に記載の極細繊維を製造する方法。
12. 赤外線を照射して加熱して充分に低粘度化した熱可塑性高分子融液とターゲットの間に高電圧を印加し、該高電圧の電場の引力により熱可塑性高分子をターゲットに曳いて細化されたことを特徴とする極細繊維。
13. 赤外線を照射して加熱して充分に低粘度化した熱可塑性高分子融液とターゲットの間に高電圧を印加するとともに、空気流を付与することで該熱可塑性高分子融液を加速させ、該高電圧の電場の引力により熱可塑性高分子をターゲットに曳いて細化されたことを特徴とする極細繊維。
14. 請求項１２または１３に記載した極細繊維の直径が、１０ｎｍから５μｍであることを特徴とする極細繊維。
15. 該熱可塑性高分子が、ポリエステル系、ポリアクリル系、ポリアミド系、ポリビニル系、ポリ乳酸系、ポリオレフィン系、フッ素系樹脂から選ばれる高分子であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の極細繊維。
16. 請求項１２，１３，１４または１５に記載した極細繊維を含むことを特徴とする繊維ウェッブ。
17. 請求項１２に記載した極細繊維を製造する装置であって、該ターゲットが捕集板であり、その捕集板の上に、前記により細化した極細繊維が無秩序に捕捉されることを特徴とする極細繊維の製造装置。
18. 請求項１２に記載した極細繊維を製造する装置であって、該ターゲットがボビンであり、そのボビンに、前記により細化した極細繊維が巻き取られることを特徴とする極細繊維の製造装置。
19. 請求項１３に記載の極細繊維を製造する装置であって、該空気流の速度が０．１〜５００ｍ／ｓｅｃであり、該空気流の温度が０〜６００℃であることを特徴とする極細繊維の製造装置。

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