JP2016169452A - 異型合成繊維マルチフィラメント - Google Patents

Abstract

【課題】軽量かつ高嵩高性でありながら高強力の異型合成繊維マルチフィラメントを提供すること。
【解決手段】コア部とフィン部からなる異型合成繊維の集合体であって、該異型合成繊維の比重が１．３以下であり、かつ繊維のａ）フィン部が、コア部外表面からコア部中心点に対して交差状に突出し、かつコア部の長さ方向に沿って延在し、ｂ）繊維軸に直交する断面における空隙率が５〜２０％であり、コア断面積率が３０〜４５％であり、ｃ）強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、を満足する異型合成繊維マルチフィラメント。さらには、フィン部の数が４本以上であることや、集合体が異形繊維１２本以上で構成されたマルチフィラメントであることが好ましく、上記のマルチフィラメントからなる繊維製品を包含する。さらには、繊維がポリオレフィン系繊維であることや、フィン部の数が４本以上であること、集合体が異形繊維１２本以上で構成されたマルチフィラメントであることが好ましく、上記の異型合成繊維マルチフィラメントからなる繊維製品を包含する。
【選択図】図２

Description

本発明は異型合成繊維マルチフィラメントに関し、さらに詳しくは軽量かつ高嵩高性の異型合成繊維マルチフィラメントに関する。

合成繊維は機械的特性をはじめ様々な優れた特性を有しており、各種産業用途・分野に利用されている。さらに最近では単純に強度を要求されるばかりではなく、低密度でありながら強度に優れた、すなわち最終的に繊維製品とした場合に、嵩高性を保ちながら高強度の繊維製品が求められている分野がある。

例えばロープやネットなどの産業資材用の分野において、単純に繊維を高強力化した場合、同じ強力を有する最終製品は細い糸条で構成されることになる。しかしその場合には保持した部分に応力が集中する。例えば細くかつ高強力なロープを用いた場合には、太いロープを用いた場合よりも、そのロープを保持する手に食い込み、痛みや怪我をしやすいという問題があった。

そこで繊維を中空化して低密度の繊維製品を得る手法が知られている。例えば紡糸口金を中空形状にして中空繊維を得る方法である。しかしこのような方法により得られる中空繊維は、強い力がかかる産業繊維の用途ではその中空部分で潰れやすく、十分な嵩高性を発揮することができなかった。また複雑な口金形状に変更する製糸方法を採用した場合、口金吐出孔から溶融吐出されるポリマーの高い貼り合せの技術（口金設計）が必要であり、繊維が割れやすいという基本的な問題があった。

また例えばカーペットの分野では各種の断面形状の繊維が知られているが（例えば特許文献１や特許文献２）、ロープなどの強力が必要とされる産業分野に適用するためには、異形化による強度低下が大きく、また延伸工程等の途中工程における毛羽の発生や、捲縮などの断面形状の変形が大きいという問題があった。産業資材用に適した軽量かつ高嵩高性のマルチフィラメント繊維が待望されていたのである。

特開２００２−８８５６４号公報 特開２００５−１２６８４１号公報

本発明は、上記従来技術の有する問題点を解消し、軽量かつ高嵩高性でありながら高強力の異型合成繊維マルチフィラメントを提供することにある。

本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは、コア部とフィン部からなる異型合成繊維の集合体であって、該異型合成繊維の比重が１．３以下であり、かつ下記要件を満足することを特徴とする。
ａ）フィン部が、コア部外表面からコア部中心点に対して交差状に突出し、かつコア部の長さ方向に沿って延在していること。
ｂ）異型繊維の繊維軸に直交する断面における下記式（１）の空隙率が５〜２０％であり、下記式（２）のコア断面積率が３０〜４５％であること。
空隙率（％）＝{（Ｂ−Ａ）／Ｂ}×１００ （１）
コア断面積率（％）＝（Ｃ／Ａ）×１００ （２）
（ここで、Ａ；繊維軸に直交する断面のポリマー部の面積、Ｂ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の頂点を直線で結んだ領域の面積、Ｃ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の付け根を直線で結んだコア部の面積、とする）
ｃ）繊維の強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であること。

さらには、合成繊維がポリオレフィン系繊維であることや、フィン部の数が４本以上であること、集合体が異形繊維１２本以上で構成されたマルチフィラメントであることが好ましい。
そして本発明は、上記の本発明の異型合成繊維マルチフィラメントからなる繊維製品を包含するものである。

本発明によれば、軽量かつ高嵩高性でありながら高強力の異型合成繊維マルチフィラメントが提供される。

本発明の異型合成繊維マルチフィラメントを構成する単糸を製造する際に用いる紡糸口金の一具体例の模式図である。 本発明の異型合成繊維マルチフィラメントを構成する単糸の繊維軸に直交する断面の模式図であって、鎖線内の白地部分が「空隙面積」である。 本発明の異型合成繊維マルチフィラメントを構成する単糸の繊維軸に直交する断面の模式図であって、鎖線内の部分が「コア部の断面積」である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは、コア部とフィン部からなる異型合成繊維の集合体であって、該異型合成繊維の比重が１．３以下であることを必要とする。このように比重が低い合成繊維からなる異型繊維であることにより、軽量性と嵩高性に優れたマルチフィラメントとなるのである。

このような本発明に好ましく用いられる合成繊維として、ポリオレフィン繊維であることが好ましく、さらにはポリプロピレン繊維であることが好ましい。さらに本発明の繊維としては、メルトフローインデックス（ＭＦＲ）が、２０〜２２の範囲であることが好ましい。なおここでＭＦＲは温度２３０℃、載荷荷重２．１６０ｋｇの下で、ＪＩＳ Ｋ７２１０に従ったダイを用いた測定によって得られた値である。

また異型合成繊維の比重としては１．３以下が必要であるが、さらには０．８〜１．２、特には０．９〜０．９８の範囲であることが好ましい。また融点としては１６０〜１８０℃の範囲であることが好ましく、特には１６４〜１６５℃であることが好ましい。
さらに合成繊維を形成するポリマー中に必要に応じて、ＵＶ吸収剤、難燃剤、原着マスターチップを添加し機能性を持たせることも、好ましい態様である。

さて本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは、上記のような合成繊維からなり、マルチフィラメントを構成する各構成単糸の繊維軸に直交する断面形状がコア部とフィン部を有する異形繊維であることが必要である。

そして本発明はさらに下記要件を満たすものである。
ａ）フィン部が、コア部外表面からコア部中心点に対して交差状に突出し、かつコア部の長さ方向に沿って延在していること。
ｂ）異型繊維の繊維軸に直交する断面における下記式（１）の空隙率が５〜２０％であり、下記式（２）のコア断面積率が３０〜４５％であること。
空隙率（％）＝{（Ｂ−Ａ）／Ｂ}×１００ （１）
コア断面積率（％）＝（Ｃ／Ａ）×１００ （２）
（ここで、Ａ；繊維軸に直交する断面のポリマー部の面積、Ｂ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の頂点を直線で結んだ領域の面積、Ｃ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の付け根を直線で結んだコア部の面積、とする）
ｃ）繊維の強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であること。

本発明の異型合成繊維マルチフィラメント繊維は上記のような異型形状を取りながら繊維の高い強力を実現することにより、産業資材に適したマルチフィラメントとなったのである。

さらに本発明の異型合成繊維マルチフィラメントを構成する異型繊維としては、コア部外表面からコア部中心点に対して放射状に突出し、かつコア部の長さ方向に沿って延在する複数枚のフィン部が存在することが好ましい。フィン数としては４枚以上であることが好ましく、特には４枚のフィン部からなることが好ましい。フィン部の枚数が少なすぎると上記の空隙率が低くなり過ぎ、フィン部の枚数が多すぎるとコア断面率が大きくなりすぎる傾向にある。そして図１に示されているような紡糸口金各吐出スリットを用いることにより、各吐出ポリマー同士のより高い貼り合せ性を得ることでき、安定して目的の単糸断面形状をえることができる。

そして本発明では、コア部外表面からコア部中心点に対して放射状に突出し且つ該コア部の長さ方向に沿って延在するフィン部を有する形状にすることでマルチフィラメント状態での単糸間の干渉による高い体積排除効果をえることができ、高い空隙形成率を得ることができるのである。

また、本発明のマルチフィラメントを構成する単糸数は好ましくは１２本以上のマルチフィラメントであることが好ましく、さらには４０〜５００本、特には６０〜２５０本の単糸から構成されていることが好ましい。このような本発明のマルチフィラメントはフィンを取り付けた事による体積排除効果がより有効に作用し、十分な嵩高さを得ることが可能となる。

本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは、各構成単糸の断面において、複数枚のフィン部先端で囲まれた領域内に存在する下記式（１）の単糸の空隙率が５〜２０％であることが必要である。さらにはこの空隙率は５〜１２％の範囲であることが好ましい。
空隙率（％）＝{（Ｂ−Ａ）／Ｂ}×１００ （１）
（ここで、Ａ；繊維軸に直交する断面のポリマー部の面積、Ｂ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の頂点を直線で結んだ領域の面積、とする）

このように各単糸の空隙率の値を低く抑えることにより、軽量と嵩高性を両立させながら、高強力の物性を得ることができるようになったのである。なおここで空隙率は繊維軸に直交する繊維断面において、複数枚のフィン部先端を結んだ囲まれた領域（Ｂ）内に存在する、繊維を構成する高分子の面積（Ａ）以外の空隙が占める割合である。なおこの領域の面積は電子顕微鏡写真から容易に得ることができ、繊維を構成する高分子の横断面にしめる面積は繊度（ｄｔｅｘ）と高分子の密度から計算した値を用いることができる。

さらに本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは同時に、各構成単糸の断面において、複数枚のフィン部の付け根で囲まれた領域内に存在する下記式（２）の単糸のコア断面積率が３０〜４５％の範囲であることが必要である。さらにはこのコア断面積率は３３〜４０％の範囲であることが好ましい。
コア断面積率（％）＝（Ｃ／Ａ）×１００ （２）
（ここで、Ａ；繊維軸に直交する断面のポリマー部の面積、Ｃ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の付け根を直線で結んだコア部の面積、とする）

このように各単糸のコア断面積率の値を高く設定することにより、上記の空隙率との組み合わせにより、本発明のマルチフィラメントは、高強力の物性と嵩高性をより高い次元で両立させることができるようになったのである。特に空隙率は５〜１２％の範囲、コア断面積率は３３〜４０％の範囲の組み合わせで有ることが好ましい。なおここでコア断面積率は繊維軸に直交する繊維断面において、複数枚のフィン部のコア部に接する根本を結んで囲まれた領域（Ｃ）が、繊維を構成する高分子が占める面積（Ａ）に対する割合である。なおこのコア部のＣ領域の面積は電子顕微鏡写真から容易に得ることができる。

この本発明の高強力異型マルチフィラメントの強度としては５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが必要である。さらには５．５〜８ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。このように高強力と高中空を両立させることは極めて困難であり、本発明では後に述べる高強力中空マルチフィラメントの製造方法により始めて得られたのである。
さらにマルチフィラメントの総繊度としては５０〜１７００ｄｔｅｘであることが好ましく、８０〜１６００ｄｔｅｘの範囲であることがさらに好ましい。またマルチフィラメントを構成する単糸の繊度としては０．５〜２０ｄｔｅｘの範囲であることが好ましく、特には１〜１０ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。

さて、このような本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは、図１に模式的に示す吐出形状を有する口金と口金下ヒーターを用いて、公知の溶融紡糸、延伸法により得ることが可能である。この際、口金形状に加えて、延伸負荷率を変更すること等により、空隙率やコア部断面積率を調整することができる。

このようにして得られる本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは、低比重かつ高強力であるにも関わらず、繊維横断面中に複数の単繊維の間に多くの空隙が多く形成させることができ、その結果繊維の見かけ比重が繊維の比重よりもさらに低下させたマルチフィラメントを得ることができる。例えばこの本発明の高強力異型マルチフィラメントを用いてロープやネットとした場合、適度な嵩や太さが有り取扱い易い製品を得ることが可能となった。高強力繊維を用いた場合、ロープやネットが細くなりすぎて視認性が低下する場合や、人に接する部分において切傷を生じるなどの問題があった。本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは嵩高とすることによりこれらの問題を有効に解消しうるのである。

また本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは、海苔の養殖用ネットなどにも有効に適用される。繊維の表面積が増え、よりその有効性が向上するのである。さらにはこの表面積の向上効果は接着性の向上にも寄与するため、各種の樹脂に対する補強用の繊維としても有効である。
この本発明の異型合成繊維マルチフィラメントは、産業資材用ロープ、土木作業シート、ネット、漁網等の幅広い分野に最適に使用することができる。

以下、実施例により、本発明を更に具体的に説明する。なお、実施例における各項目は次の方法で求めた。

（１）メルトフローインデックス（ＭＦＲ）
ＪＩＳ Ｋ７２１０に準拠し、温度２３０℃、載荷荷重２．１６０ｋｇの条件下で、ダイを用いた測定を行い、メルトフローインデックス（ＭＦＲ）の値を得た。

（２）空隙率（％）、コア部断面積率（％）
空隙率は、紡糸捲取したマルチフィラメントのセクションを切り、単糸１本の繊維軸に直交する横断面写真（５６０倍以上３５０００倍以下）をＳＥＭ（走査電顕写真）により撮影し、写真画像の各単糸の繊維軸に直交する断面のポリマー部の面積を面積Ａとした。またフィラメント糸の繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の頂点を直線で結んだ領域の面積を面積Ｂとした。
そしてフィラメント糸の繊維軸に直交する断面の、繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の付け根を直線で結んだコア部の面積を面積Ｃとした。
これら面積Ａ〜Ｃを用い、以下の式により単糸空隙率およびコア部断面積率を求めた。測定は５箇所の繊維断面にて行い、その平均値を用いた。
空隙率（％）＝{（Ｂ−Ａ）／Ｂ}×１００ （１）
コア断面積率（％）＝（Ｃ／Ａ）×１００ （２）
Ａ；繊維軸に直交する断面のポリマー部の面積
Ｂ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の頂点を直線で結んだ領域の面積
Ｃ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の付け根を直線で結んだ領域の面積

［実施例１］
ポリプロピレン樹脂（ＭＦＲ＝２２、比重 ０．９）を２３５℃で溶融し、図１に示す吐出孔を７２個有する紡糸口金より吐出した。吐出された糸条は、口金下で長さ４５ｍｍ、温度２３５℃の加熱紡糸筒にて加熱、その後２５℃、０．１Ｎｍ／分の風速で冷却しオイリングローラーにてオイル付与し５００ｍ／分の速度にて巻き取った。得られた未延伸糸を温度７０℃〜１００℃で延伸負荷率８５％延伸し、次いで温度１６０℃で熱セットを施し９４ｄｔｅｘ、強度７．４ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２５％の異型合成繊維（ポリプロピレン繊維）を得た。フィンの数は４枚であり、コア部中空中心点に対してのフィンの向きは交差状であった。得られた繊維は空隙率１１％の軽量感に優れたものであった。繊維軸断面のコア部断面積率が３５％であり、延伸ローラー上での単糸切れも少なく、安定性の高い高強力異型マルチフィラメントであった。

［実施例２］
延伸負荷率を８５％から８０％に変更した以外は、実施例１と同様に行い、異型合成繊維を得た。得られた繊維は、９９ｄｔｅｘ、強度６．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２６％であって、空隙率も７％であった。繊維軸断面のコア部断面積率は３９％であり、延伸ローラー上での単糸切れも少なく、安定性の高い高強力異型マルチフィラメントであった。

［比較例１］
延伸負荷率を８５％から９０％に変更した以外は、実施例１と同様に行い、異型合成繊維を得た。得られた繊維は、８５ｄｔｅｘ、強度７．６ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２０．０％の物性を有し、空隙率は１５％であった。しかし繊維軸断面のコア部断面積率は２９％であり、延伸ローラー上での単糸切れが多く安定的な生産には支障があるものとなった。

Ａ；繊維軸に直交する断面のポリマー部
Ｂ；フィン部の頂点を直線（鎖線）で結んだ領域
Ｃ；フィン部の付け根を直線（鎖線）で結んだコア部

Claims (5)

1. コア部とフィン部からなる異型合成繊維の集合体であって、該異型合成繊維の比重が１．３以下であり、かつ下記要件を満足することを特徴とする異型合成繊維マルチフィラメント。
   ａ）フィン部が、コア部外表面からコア部中心点に対して交差状に突出し、かつコア部の長さ方向に沿って延在していること。
   ｂ）異型繊維の繊維軸に直交する断面における下記式（１）の空隙率が５〜２０％であり、下記式（２）のコア断面積率が３０〜４５％であること。
   空隙率（％）＝{（Ｂ−Ａ）／Ｂ}×１００ （１）
   コア断面積率（％）＝（Ｃ／Ａ）×１００ （２）
   （ここで、Ａ；繊維軸に直交する断面のポリマー部の面積、Ｂ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の頂点を直線で結んだ領域の面積、Ｃ；繊維軸に直交する断面の、繊維軸長さ方向に延在するフィン部の付け根を直線で結んだコア部の面積、とする）
   ｃ）繊維の強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であること。
2. 合成繊維がポリオレフィン系繊維である請求項１記載の異型合成繊維マルチフィラメント。
3. フィン部の数が４本以上である請求項１または２記載の異型合成繊維マルチフィラメント。
4. 集合体が異形繊維１２本以上で構成されたマルチフィラメントである請求項１〜３のいずれか１項記載の異型合成繊維マルチフィラメント。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項記載の異型合成繊維マルチフィラメントからなる繊維製品。