JP2008111210A - 布帛およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
引裂強度などの機械的強度や耐摩耗性あるいは低通気性に優れた、高性能な布帛であって、布帛およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】
本発明の布帛は、 液晶性高分子繊維を含む不織布であって、前記液晶性高分子繊維の少なくとも一部の繊維表側面が、フィブリル化前の繊維径の1/100以下にフィブリル化していることを特徴とする布帛である。
また、液晶高分子繊維を含む布帛に高圧流体噴射加工を繰り返す製造方法である。
【選択図】 図2

Description

本発明は、引張特性や摩耗性などの機械的特性あるいは低通気性などに優れた布帛およびその製造方法関するものである。
液晶性高分子繊維からなる布帛は、耐熱性や耐薬品性に優れていることから、例えば、フィルター、衣料用芯地、電池セパレーター、石綿に代わる耐熱材料、FRP用補強材等として広く用いられている。
そして用途の高度化や多様化によって、引張強度や引裂強度などの機械的強度、耐摩耗性、低通気性等、さらに性能の優れたものが求められている。
特許文献1には、フィブリル化した液晶ポリエステル系繊維を含み、三次元的に絡合している不織布が開示されている。当該技術により機械的強度や耐摩耗性の改善は認められるものの、低通気度については改善されていない。
特許文献2には、フィブリル化液晶高分子繊維が三次元的に絡合していない不織布が開示されている。これは、抄紙製造工程中に水流処理を施した不織布であって、抄紙の電気的性能は改善されるものの機械的強度や低通気性については改善されていない。
特許文献3にはタテ糸とヨコ糸のカバーファクターを特定した防護用布帛およびその製造方法が開示されている。これは、タテ糸とヨコ糸が緻密に並んだ織物表面のみがフィブリル化したものであるが、緻密構造による突き刺し抵抗値の向上は認められるものの、機械的強度については改善されていない。
特許文献4には耐熱性繊維と未延伸繊維のウエブを水流作用により絡合させた後、熱圧着した不織布が開示されている。しかし、フィブリル化までは至っていなく機械的強度や耐摩耗性あるいは低通気性については改善されていない。
特開平9−31817号公報(請求項1、4、段落0010、0017、0018,0025) 特開2003−268662号公報(請求項1、段落0017、0031、0045、0061) 特願2005−299898号公報(請求項1、2、3、段落0015、0016、0029、0052,0053) 特開昭63−28962号公報(請求項1、2)
本発明は、かかる従来技術の問題点を解消し、引張強度や引裂き強度などの機械的強度、耐摩耗性および低通気性に優れた、高性能な布帛およびその製造方法を提供することにある。
すなわち本発明は、液晶性高分子繊維を含む布帛であって、前記液晶性高分子繊維の少なくとも一部の繊維表側面径が、フィブリル化前の繊維径の1/100以下にフィブリル化したことを特徴とする布帛である。
また本発明は、液晶性高分子繊維を含む布帛に高圧流体噴射加工を複数回繰り返し施すことを特徴とする布帛の製造方法である。
本発明の布帛によれば、引張強度や引裂強度などの機械的強度、耐摩耗性および低通気性に優れた布帛およびその製造方法を提供することが可能である。
本発明の布帛は、液晶性高分子繊維を含んでなる。液晶性高分子繊維は、いわゆる高機能繊維として前述のような様々な用途に利用することができる。
液晶性高分子繊維としては例えば、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維(例えば株式会社クラレ製、商標名「ベクトラン」)、ポリパラフェニレンベンゾビスオキザゾール繊維(例えば東洋紡株式会社製、商標名「ザイロン」)、超高分子量ポリエチレン繊維(例えば東洋紡株式会社製、商標名「ダイニーマ」)などが挙げられる。
なかでも、本発明の狙いとするフィブリル化がし易い点から、アラミド繊維が好ましい。
アラミド繊維にはメタ系アラミド繊維とパラ系アラミド繊維とがある。メタ系アラミド繊維としては例えば、ポリメタフェニレンイソフタールアミド繊維(デュポン社製、商標名「ノーメックス」)などのメタ系全芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。また、パラ系アラミド繊維としては例えば、ポリパラフェニレンテレフタールアミド繊維(東レ・デュポン株式会社製、商標名「ケブラー」)およびコポリパラフェニレン−3,4−ジフェニールエーテルテレフタールアミド繊維(帝人株式会社製、商標名「テクノーラ」)などのパラ系全芳香族ポリアミド繊維が挙げられる。
なかでも、高強度および高弾性率であり、耐熱性、耐切創性に優れるとともに、本発明の狙いとするフィブリル化がし易い点から、ポリパラフェニレンテレフタールアミド繊維が特に好ましい。一方、特に耐熱性を要求される用途では、ポリメタフェニレンイソフタールアミド繊維を用いることも好ましい。用途によって、適宜使い分けることができる。
また、液晶性高分子繊維の1種類を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
液晶性高分子繊維のフィブリル化前の太さとしては、0.5〜10dtexが好ましく、より好ましくは1.5〜7dtexである。0.5dtex以下では繊維の強力が弱すぎて布帛の形成が困難であり、一方10dtexを超えると製品が硬くなる。
また、本発明の不織布は、液晶性高分子繊維の他に、合成繊維、半合成繊維、天然繊維などを含んでいてもよく、用途や目的によって、適宜混用することができる。
本発明の布帛は短繊維または長繊維から構成されるが、短繊維の方が薄く柔らかく緻密化な布帛を容易に製造できる点で好ましい。
短繊維の長さとしては20〜150mmが好ましく、より好ましくは20〜100mmである。例えば、短繊維ウエブをニードルパンチ処理などで予め形成する必要があるので、20mm以下では不織布の形成が困難であったり、不織布の引張強力が低くなったりするので好ましくなく、また、150mm以上では糸ヒケが目立つ。
本発明の布帛は、前記液晶高分子繊維の少なくとも一部の繊維表側面径が、フィブリル化前の繊維径の1/100以下にフィブリル化していることが重要である。このようにフィブリル化していることにより、フィブリル同士が蜘蛛の巣状に互いに絡み合ったり繊維に巻きついたりして、布帛の表面を覆うので機械的強度、耐摩耗性、低通気性が向上する。フィブリル化の態様としては、繊維方向にフィブリルが順次枝分かれしたものでも良いし、繊維方向のある区間で同一繊維内部が一挙にフィブリル化したものでも良いし、繊維長さ方向にランダムな位置からフィブリル化したものでもよい。
また本発明の布帛は、フィブリル化前の繊維径×繊維径の平方視野範囲内に、末端を当該平方視野範囲内に有しない10本以上のフィブリルを有することが好ましい。フィブリルの本数が多いほど、機械的強度、耐摩耗性、低通気性が向上する。
フィブリル化した液晶高分子繊維は、布帛の表層部に偏在していることが好ましい。そうすることで、布帛の内層部ではフィブリル化前の液晶高分子繊維が布帛の骨格として張り・腰を維持しつつ、表層部のフィブリルにより前述のような効果を奏することができる。
布帛としては編織物および不織布があるが、不織布は製造コストが比較的低く形態が安定することから、衣料用や産業資材用として有効に利用できる。
次に、本発明の布帛を製造する方法について説明する。
本発明の布帛の前駆体である、フィブリル化前の布帛は、長繊維や短繊維からなる編織物やニードルパンチ加工、軽い熱プレス加工、樹脂加工、流体噴射加工等からなる不織布により得ることができる。なかでも、フィブリル化し易く、かつ後述するような強力な高圧流体噴射加工の繰り返しに耐え得る、不織布を得られる手段として、ニードルパンチ加工が好ましい。
例えば、不織布について製造方法を詳細に説明するならば、液晶高分子繊維をカード式によりウエブとし、積層したシートの上から幅方向および長さ方向に植えた例えば9バーブ型の針を、前記シートに向かって1分間に数百回打ち込みながら、前記シートを移動させることによって不織布を形成することができる。
本発明の不織布の製造方法は、液晶高分子繊維をフィブリル化する手段として、ウオータージェットパンチ等の高圧流体噴射加工を採用する。高圧流体噴射加工によって、液晶高分子繊維を効率よく均一にフィブリル化させることができる。また、前述のように、フィブリルを不織布の表層部に偏在させることができる。また、不織布を厚さ方向に圧縮させ、緻密なものとすることができる。
高圧流体噴射の圧力としては、5〜30MPaが好ましく、より好ましくは15〜20MPaである。5MPa未満ではフィブリル化の度合いが不十分であり、フィブリル同士の交絡も不十分となる。一方、30MPaを超えると、繊維あるいはフィブリルが飛び散って不織布の強度が逆に低下したり、噴射孔筋が生じたりする。
高圧流体噴射ノズルの孔径としては、0.05〜2.0mmが好ましい。
高圧流体噴射ノズルの孔間隔としては、0.3〜10mmが好ましく、このような間隔で並べたものを一列あるいは複数列に配列した装置を用いるとよい。
噴射孔と処理対象の不織布との間隔としては、1〜10cmが好ましい。
処理対象の不織布を相対的に移動させる加工速度としては、0.1〜10m/minが好ましく、より好ましくは1〜3m/minである。加工速度が遅い方がフィブリル化の効果は大きくなるが、0.1m未満では高圧流体噴射が不織布上で集中しやすく、液晶高分子繊維あるいはフィブリルの脱落や噴射孔筋が生じやすく、10mを超えるとフィブリルが少なくなる。
本発明の不織布の製造方法は、液晶性高分子繊維を含む布帛に高圧流体噴射加工を複数回繰り返し施すことが重要である。そうすることで、十分なフィブリル化を達成することができる。
両面合わせて1回のみの高圧流体噴射加工では、仮に流体噴射圧を上げても、また布帛の加工速度を遅くしても、結局は前述のように繊維あるいはフィブリルの脱落や噴射孔筋が発生し、十分なフィブリル化は達成できない。
また、複数回の高圧流体噴射加工の間または前後に、もみ加工や叩解加工を補助的に施してもよい。
[測定方法]
(1)フィブリル径・フィブリル径比・フィブリル本数
布帛表面のフィブリル化した繊維を、走査型電子顕微鏡(日立製作所製 S−3500N)にて1000倍に拡大して撮影した。尚、フィブリル径が本実施例のものと比べ極端に細いかまたは極端に太い場合には、300〜5000倍の範囲内の倍率にて撮影してもよい。
画像からフィブリル化した繊維を10本選定し、フィブリル径のd1(nm)の平均値を算出した。
また、フィブリル化する前の繊維径d0を測定し、フィブリル径比としてd1/d0を1/xで表した。
また、フィブリル本数として、撮影した写真からフィブリル化前の繊維径×繊維径の平方視野を無作為に20抽出し、当該平方視野範囲内に末端を有しないフィブリルの数を測定し、20の視野の平均値を算出した。図3に平方視野範囲内におけるフィブリルの数え方の例を示す。
(2)フィブリルによる覆度合い
走査型電子顕微鏡(日立製作所製 S−3500N)にて布帛表面を300倍に拡大した写真を撮り、画像全面にフィブリルが蜘蛛の巣状に覆っている度合いを、次の基準にて視覚判定した。
◎:ほぼ全面を覆っている(図2参照)。
○:50%程度を覆っている。
△:10%以下を覆っている。
×:ほとんど覆っていないもしくは全く覆っていない(図1参照)。
(3)目付(g/m
JIS L 1906:2000 5.2に基づき、20cm×25cmの試験片を、試料の幅1m当たり3枚採取し、標準状態におけるそれぞれの質量(g)を量り、その平均値を1m当たりの質量(g/m)で表した。
(4)厚さ(mm)
JIS L 1906:2000で準用するJIS L 1096:1999に準じて、試料の幅1m当たり10か所について、厚さ測定機を用いて、直径22mmの加圧子による2kPaの加圧下、厚さを落ち着かせるために10秒間待った後に厚さを測定し、平均値を算出した。
(5)見掛比重(g/cm
上記で測定した目付および厚さから、次式によって算出した。
=S/(1000×t)
ここに、A:見掛比重
:目付(g/m
t:厚さ(mm)。
(6)引張強さ(MPa)
JIS K 6550:1994に準拠して測定した。
90mm×20mmの試験片をたて方向及びよこ方向にそれぞれ2枚採取した。
試験片を引張試験機に、つかみ間の距離50mmで取り付け、引張速度100mm/minで引っ張り、切断時までの最大荷重を読み取り、次式によって引張強さを求め、2方向×2枚の平均値を算出した。
T=W/S
ここに、T:引張強さ(MPa)
W:切断時までの最大荷重(N)
S:試験片の断面積(厚さ×幅)(mm)。
(7)伸び率(%)
上記(6)の引張強さ試験において、切断時の長さを読み、次式に伸び率を求め、2方向×2枚の平均値を算出した。
E=[(L−L)/L]×100
ここに、E:切断時の伸び(%)
:標線距離(50mm)
L:切断時の標線間の長さ。
(7)引裂強さ(N/mm)
JIS K 6550:1994に準拠して測定した。
25mm×100mmの試験片をたて方向及びよこ方向にそれぞれ2枚採取し、短辺の中央に辺と直角に70mmの切れ目をいれた。
試験片の各舌片を引張試験機に、つかみ間の距離50mmで取り付け、引裂速度100mm/minで引き裂いて、切断時までの最大荷重を読み、次式によって引裂強さを求め、2方向×2枚の平均値を算出した。
=F/t
ここに、T:引裂強さ(N/mm)
F:切断時までの最大荷重(N)
t:試験片の厚さ(mm)。
(8)摩耗強さ(級)
JIS L 1906:2000 5.6で準用するJIS L 1096:1999 8.17.3 C法(テーバ形法)式摩耗試験に準じて、外観変化の判定を行った。
標準状態に調整した試料から、直径13cmの円形試験片を5枚採取し、各試験片の中心に直径約6mmの孔を開け、テーバ形摩耗試験機を用い、試験片の表面を上にして試料ホルダのゴムマット上に取り付けた。
次に、摩耗輪(No.CS−10、荷重500g)を試験片の上に載せて70回/minで100回、回転摩擦した。外観変化の等級を判定した。
(9)切創抵抗値(N)
ISO 13997法に準拠し測定した。
本測定値は、緩やかに切り裂くような静的切創性を評価することが出来る。
(10)衝撃吸収エネルギー(×10−2 ジュール)
剃刀(フェザー安全剃刀株式会社製、刃物(品名:No99483))を振り子棒の先に取り付け、質量w、長さLの振り子棒を垂直位置から引き上げて垂直位置に対し角度を30°(θ)の位置に固定させた。振り子棒が角度30°から振り抜け通過する最下部の位置に編地サンプルを固定した。振り子を30°の位置から解放し、刃先がサンプルを切断・通過させた。切断・通過後に振り子棒が振り上がった最大角度θを読みとり、下記式にて衝撃吸収エネルギーJを算出した。衝撃吸収エネルギーは大きいほど耐切創性に優れる。
本測定値は、瞬間的に切り裂くような動的切創性を評価することが出来る。
J(×10−2 ジュール )=WgL(COSθ−COSθ
ここで、W=526g、
L=12.9cm
g:重力加速度(9.80665m/s)。
(11)曲げ反発性(mN)
JIS L1096:1999 曲げ反発性 A法(ガーレ法)に準拠し測定した。
長さ89mm、幅25mmの試験片をタテ方向に5枚採取した。
ガーレ試験機を用い、試験片をチャックに取り付け、可動アーム上の目盛89/25.4に合わせてチャックを固定した。
次に、振子の支点から下部のおもりから取付孔a,b,cにおもりW(=50g),W(=25g),W(=5g)を取り付けて可動アームを2回/minの速度で定速回転させ、試験片が振子から離れるときの目盛RGを読み、下の式によって曲げ反撥性として剛軟度を求めた。試験片の表裏を測り、2面×5枚の平均値を算出した。
=RG×(aW+bW+cW)×[(L―12.7)/d]×3.375×10−5
ここに、B:剛軟度(mN)
RG:試験片が振子から離れるときの目盛
a,b,c:荷重取付孔と支点間の距離(mm)
,W,W:荷重取付孔に取り付けたおもりの質量(g)
L:試験片の長さ(mm)
d:試験片の幅(mm)。
(12)針貫通抵抗値(g)
オートグラフSD−100(島津製作所製)装置を用いて、針が不織布を貫通するときの抵抗値(g)を測定した。針を不織布に垂直の角度で突き刺さるようにセットし、針先を100mm/分にて押し付け、針が突き刺さった時の最大抵抗値を測定した。n=5の平均値で示した。針の規格は家庭用ミシン針(オルガン社製の#11)を使用した。
(13)通気量(cm/cm・sec)
JIS L 1096:1999 8.27.1 A法(フラジール形法)に準じて測定した。試料の異なる5か所から約20cm×20cmの試験片を採取し、フラジール形試験機を用い、円筒の一端(吸気側)に試験片を取り付けた。試験片の取り付けに際し、円筒の内径と同一の内径を有する平面状ゴム製リングパッキン(厚さ1mm)を円筒の試験片取り付け側に設置し、その上に試験片を置き、試験片上から吸気部分を塞がないように均等に約98N(10kgf)の荷重を加え試験片の取り付け部におけるエアーの漏れを防止した。試験片を取り付けた後、加減抵抗器によって傾斜形気圧計が125Paの圧力を示すように吸込みファンを調整し、そのときの垂直形気圧計の示す圧力と、使用した空気孔の種類とから、試験機に付属の表によって試験片を通過する空気量を求め、5枚の試験片についての平均値を算出した。
[実施例1]
(液晶性高分子繊維不織布)
液晶性高分子繊維として、平均繊維長51mm、繊度2.0dtex(断面直径13.3μm)のポリパラフェニレンテレフタールアミド(東レ・デユポン株式会社製“ケブラー”)短繊維を用いた。
この液晶性高分子繊維をカード機にかけてウエブを作成し、さらに積層したシートとした。
ウエブを積層したシートに対して下記条件にてニードルパンチ加工を施し、目付290g/m、密度0.14g/cmの不織布を得た。
装置 :有限会社大和機工製 上針間欠型装置
ニードル種類 :9バーブニードル(オルガン社製 FPD−1)
ニードル間隔 :10mm間隔1列に幅方向80針、長さ方向に40列
パンチング回数:200回/分
シート移動速度:1.2m/分。
(高圧流体噴射加工工程)
上記液晶性高分子繊維不織布に対して、下記条件にて高圧流体噴射加工としてウオータージェットパンチ処理を施した。
装置:PERFOJET社製 “JETLACE”(登録商標)
ノズル孔径 :0.1mm
ノズル列 :1列
ノズルピッチ:0.6mm
ノズル噴射孔と不織布との距離:1.5cm
不織布移動速度:1m/分
最大水圧 :20MPa
処理回数 :表面1回、裏面1回。
[実施例2]
(液晶性高分子繊維不織布)
実施例1と同様にして、液晶性高分子繊維不織布を得た。
(高圧流体噴射加工工程)
上記液晶性高分子繊維不織布に対して、処理回数を交互に表面3回、裏面3回とした以外は実施例1と同様にして、高圧流体噴射加工としてウオータージェットパンチ処理を施した。
[実施例3]
(液晶性高分子繊維不織布)
実施例1と同様にして、液晶性高分子繊維不織布を得た。
(高圧流体噴射加工工程)
上記液晶性高分子繊維不織布に対して、最大水圧を表面に対しては8MPa、裏面に対しては5MPaとした以外は実施例1と同様にして、高圧流体噴射加工としてウオータージェットパンチ処理を施した。
[比較例1]
(液晶性高分子繊維不織布)
実施例1と同様にして、液晶性高分子繊維不織布を得た。
(高圧流体噴射加工工程)
高圧流体噴射加工は施さなかった。
[比較例2]
(液晶性高分子繊維不織布)
実施例1と同様にして、液晶性高分子繊維不織布を得た。
(高圧流体噴射加工工程)
上記液晶性高分子繊維不織布に対して、最大水圧を片面にのみ8MPa、不織布移動速度:5m/分とした以外は実施例1と同様にして、高圧流体噴射加工としてウオータージェットパンチ処理を施した。
各実施例・比較例のなかでも、実施例2は、フィブリル化度合いが最も大きく、引張強度、引裂強度などの機械的強度、動的耐切創性、針貫通抵抗値、低通気度のいずれにも優れた特性を有している。これは、不織布の表面がフィブリル化糸で緻密に覆われ、内層部も高圧流体噴射加工により高密度化するので、効果が最も大きくあらわれたものと考える。
本発明の布帛は、耐熱性、耐薬品性、低通気性に優れていることから、フィルター、電池セパレーター、クリーニング基材等に適している。また、耐切創性、耐針貫通性に優れていることから、防護用品、芯地、フェルト等に適している。また、耐熱性に優れていることから、アスベストの代替品に適している。また、機械的特性に優れていることから、FRP用補強材に適している。また、耐摩耗性に優れていることから、ワイパー、印刷機器、自動車用耐摩擦材、自動車内装材に適している。また、低通気性に優れていることから、マスクに適している。
高圧流体噴射加工前の不織布表面拡大写真である。フィブリル化糸はほとんど認められない。 高圧流体噴射加工後の不織布表面拡大写真である。フィブリル化糸は短繊維を緻密に覆っている。 フィブリル本数測定において、平方視野範囲内にフィブリル末端が有る場合と無い場合と区別して数える数え方を例示した図である。

Claims (6)

  1. 液晶性高分子繊維を含む布帛であって、前記液晶性高分子繊維の少なくとも一部の繊維表側面が、フィブリル化前の繊維径の1/100以下にフィブリル化していることを特徴とする布帛。
  2. フィブリル化前の繊維径×繊維径の平方視野範囲内に、末端を当該平方視野範囲内に有しない10本以上のフィブリルを有する、請求項1記載の布帛。
  3. 前記液晶性高分子繊維がアラミド繊維である、請求項1または2記載の布帛。
  4. 前記フィブリル化した液晶性高分子繊維がその表層部に偏在している、請求項1〜3記載の布帛。
  5. 布帛が不織布である請求項1〜4記載の布帛。
  6. 液晶性高分子繊維を含む布帛に高圧流体噴射加工を複数回繰り返し施すことを特徴とする布帛の製造方法。
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