JP3832607B2 - 複合弾性モノフィラメント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は種々の工業用途、例えば各種膜材用補強材やネット・網類、事務用および車両用椅子、あるいはテキスタイル分野などにおいて使用可能な十分な力学強さと高度の弾性特性、およびその回復特性に極めて優れた複合弾性モノフィラメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、弾性糸のモノフィラメントを布帛の構成要素として、適度な弾性を有しつつ布帛としての特性・意匠性を維持して、例えば事務用椅子や車両用の椅子用途における従来の発泡ウレタンを代替する様なクッション性と表皮材としての意匠性を合わせ持った物品を提供しようとする技術が開発されるようになって来た。かかるモノフィラメントの一例としてその主成分をポリエステルあるいはポリエーテル等の熱可塑性高分子を主体とするエラストマーから構成される事が従来技術として知られるが、ウレタン等の従来のクッション材と比較すると、繰り返し変形時の弾性回復性の低下が欠点として挙げられる。かかる欠点は長期使用を前提とする車両等の椅子用への本素材の展開を困難としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の問題点に着目し、静的な荷重を支持するための布帛を構成するのに十分の力学的特性を保持してかつ繰り返し変形によるかかる特性低下が極めて少ない優れた弾性回復特性を有する複合弾性モノフィラメントを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は２成分以上のポリエステル系エラストマーを主原料とする破断伸度が８０％以上、破断強度が０．５ｇ／ｄ以上で、且つ８０℃における３０％伸長後の伸長回復率が９０％以上であることを特徴とする弾性複合モノフィラメントである。
次に、本発明にかかる弾性複合モノフィラメントは２成分のポリエステル系エラストマーを主原料とする実質シース・コア形状複合繊維であり、繊維断面積に占めるコア部の面積比が５０％以上であることを特徴とし、且つ上記記載の弾性複合モノフィラメントのコア部成分の融点が１５０℃以上２００℃未満であり、且つシース部成分の融点がコア部成分の融点より２０℃以上５０℃未満低いことを特徴とする上記記載の複合弾性モノフィラメント、コア部成分のポリマー主成分が高融点ポリエステルセグメントと分子量４００〜６０００の低融点重合体セグメントからなる共重合体であり、高融点ポリエステルセグメントの構成成分の融点が１５０℃以上であり、低融点ポリマーセグメント構成成分の融点ないし軟化温度が８０℃以下の構成成分からなり、低融点重合体セグメントの含有量が２０〜５０重量％の範囲であることを特徴とする上記記載の複合弾性モノフィラメント、である。ここで、実質的にシース・コア形状であるというのは、必ずしも断面形状が同芯円状の２重円状でなくても良く、例えばコア成分が偏芯していたり、円状の形状をしていなくても良い。具体的には、実質中心に配置されたコアを取り囲むシース部が繊維の表面積に対して５０％以上占めていれば本特許の効果を満足することができる。ただし、製造上の安価かつ安定に行なうのには同芯円状のいわゆるシースコアタイプであることは好ましい。
【０００５】
本発明の目的は、その提供するモノフィラメントを主要構成材とすることで得られる編織物が荷重を支持するために十分の力学的強さと、クッション性およびその繰り返し耐久性を与えるために最適となる布帛を設計可能とする事にある。以下、本発明を詳細に説明する。
本発明にかかる複合モノフィラメントは破断伸度が８０％以上、破断強度が０．５ｇ／ｄ以上で、且つ８０℃における３０％伸長後の伸長回復率が９０％以上であることが肝要である。即ち破断伸度が８０％未満であると適正なエラストマー的な特徴が発揮できないといった問題が生じる。好ましくは１００％以上である。また破断強度が０．５ｇ／ｄ未満では形成される布帛の強力が不十分で静的な荷重に耐えないといった問題が生じる。好ましくは０．８g/ｄ以上さらに好ましくは１．５g/ｄ以上である、ただし繊維の強度が逆に３．０g/ｄを超えると布帛の初期の荷重勾配が立ち上がり布帛設計上好ましくない。更に８０℃における３０％伸長後の伸長回復率はクッション材料としての耐久性の観点から非常に重要であり、それが９０％未満であると繰り返し使用により弾性特性が低下するとともに布帛に弛みが生じ製品上も好ましくない。このような観点から好ましい弾性回復率は９５%以上である。
【０００６】
また本発明において、その主成分が２成分以上のポリエステル系エラストマーからなる好ましくは４００〜５０００デニ−ルのモノフィラメントであることが重要である。更には、２成分をいわゆるシース・コア状に配列することが望ましい。この主旨は、まずクッション性をその布帛に付与する意味において、シース部とコア部の両成分にポリエステル系エラストマーを配置する必要がある。特に、コア部は糸の基本力学特性および弾性回復特性を左右するもので、そのために融点は２００℃以下であり、繊維断面積に占めるコア部の面積比は５０％以上であることが好ましい。融点が２００℃以上のものを主体としてそのコア成分に用いると樹脂が固くクッション性に劣り特にその弾性回復性において好ましくない。好ましくは、コアに配置するポリマー主成分が高融点ポリエステルセグメントと分子量４００〜６０００の低融点重合体セグメントからなる共重合体であり、高融点ポリエステルセグメントの構成成分の融点が１５０℃以上であり、低融点ポリマーセグメント構成成分の融点ないし軟化温度が８０℃以下の構成成分からなり、低融点重合体セグメントの含有量が２０〜５０重量％の範囲を満たすことが重要である。特に低融点ポリマーの融点ないし軟化温度およびその重量％は重要であり、８０℃を超えたり比率が２０％未満となると弾性回復特性が著しく低下する。また、一方でその比率が５０％を超えると逆にクッション材としては柔らかくなりすぎ、所望の初期の弾性特性を満足できない。
【０００７】
本発明のもう一つの骨子は、本複合モノフィラメントを経・緯の両方かあるいは一方向に配置してなる編・織物を形成したのち、シース側に配置されるべき２成分中の低融点の成分が溶融するのに十分でかつ、コアに配置されるべき高融点成分に実質的影響を与えない温度で処理することで、低融点成分が部分融解あるいは融着し、編・織組織の交点部において融着点を形成し、布帛としての拘束力を向上せしめることにある。これにより、布帛の繰り返し変形時における編織構造の変化が少なく長期の耐久性に優れるように成り、結果として弾性回復性が長期に渡って低下しない布帛を提供することができる。ここで再度触れるように、本発明の如くシース部・コア部に配置されるポリマーの両方がエラストマーであることが重要であり、接合点を介してコア部の有する力学特性、中でもその良好な初期の歪み特性を布帛全体に伝える役目となり、布帛全体の力学特性の設計に重要な役割を果たす。さらに言えば、シース部もエラストマー素材であることにより、接合点そのものが柔軟な弾性構造を有し、接合点そのものの耐久性を向上させるばかりか、コア部の弾性特性との複合効果によりより高い繰り返し変形時の弾性特性維持を発現することができる。
【０００８】
ここで、シース部成分とコア部成分の融点差は２０℃以上５０℃未満であることが重要である。５０℃を越えると、シース部が柔らかすぎて熱接着加工時に樹脂が流れて適当な接合部を形成できない。実際の使用時にもシース部にべたつき感が発生し、シート材としてその使用に耐えない。従って、本発明が提供するモノフィラメントを使って熱処理された最終的な布帛の形態としてはシース部がコア部を熱処理後も実質的にはほぼ全面にカバーされてかつ編織組織の交差点においてのみ融着部位を形成する事を理想とする。このような形態であれば、シース部自体もシートの弾性特性に寄与する。即ちコア部が静的特性を発揮して、シース部が回復性能に寄与するという、従来の概念に無い複合的効果をもたらすことができる。
一方、融点差が２０℃未満であると十分な接着ないしは融着を形成できないばかりか、無理に加工しようとするとコア部まで熱的損傷を受けてしまう。さらに、重要なことはシース・コア部での接着界面強さであり、シース部とコア部の温度差がどちらに外れても、特に温度差が大き過ぎる場合に優れたモノフィラメントは得られない。特に、複雑な変形下で曲げなどの影響が出た場合にシース部とコア部が部分的に剥離し、材料の疲労を招く。この理由は明らかではないが、紡糸時における溶融粘度の差に基づく界面応力が欠陥として残留するためであると推定されるが定かでは無い。
【０００９】
かかるシースコア状のポリエステル繊維の表面に低融点物質を配置し、それを単繊維不織布状に形成しての後、低融点物を溶融し、発泡ウレタンの代替となるようないわゆるホットメルトファイバーとして特開平４−２７２２４号公報に開示される技術が知られるが、本発明の如く織や編組織のみでクッション性を持たせる目的において十分な耐久性のある弾性糸、特にモノフィラメントを提供することは不可能で、さらには本発明が提供するが如くモノフィラメントで繊維そのものにある程度剛性を持たせて、且つその耐久性を向上させる技術を提供することができない。又、先行技術に見られる通常２２０℃を超えるような融点を持つポリエステル系エラストマーを用いると、本発明の実施例で示すとおり、シート材としては非常に固く実用に供するものは実現できないばかりか繰り返し疲労特性にも劣るものしか得ることができない。
【００１０】
【実施例】
以下実施例により本発明を説明する。
（実施例）
シース部成分としてポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）と分子量１０００のポリテトラメチレンオキシドグリコール（ＰＴＭＧ）の組成比を調整して融点が１３５℃、１６０℃及び１９０℃のブロック共重合エラストマーレジンを又、コア部成分として該組成比での融点が１８５℃、１９５℃及び２０５℃であるレジンを準備し、それぞれ０．１ｍｍＨＧの真空度、８０℃の雰囲気温度下で４時間予備乾燥したのち、同真空条件で１２０℃で１２時間乾燥処理をほどこした。乾燥したレジンを、二重のチューブからなる複合ノズル部および２対の融解押出し装置を有する紡糸機を用いて２成分のレジンを別々に溶解し、会合部においてシースとコアの面積比が２０：８０になるように吐出量を調整して両者の合計の吐出量がノズル１孔（モノフィラメントの単位）あたり、３３．３ｇ／ｍｉｎとなるように調整した。該記載のレジンの各々組み合わせにおいて、高融点のコア部に配置されるレジンの融点より約１０℃高い温度を会合部の温度と設定し、各々の水準において紡糸を実施した。紡出される糸の状態はいずれの組み合わせも安定であった。吐出されたポリマーは５０ｍｍのエアーギャップを有して設置された約３０℃の水槽をくぐる事で冷却されて、続いて９０℃に表面温度をコントロールされた２０ｍ／ｍｉｎの速度を有するネルソン型ローラーと引き取りローラーの間で４倍に延伸されて、引き続いて１５０℃の長さに設定されたスリット型ヒーター間で約２％リラックスさせながらもう一対のネルソンローラーに引き取られて、直ちに巻き取られた。最終の糸のデニールは約３０００デニールであり、断面により観察された形状もほぼ設計通りの同心を有するシースコア形状の複合糸を得ることができた。
このようにして得られたモノフィラメントを経糸として２０本／インチの密度および緯糸として同じく平均３０００デニールのポリエステルの仮撚加工糸を２５本／インチでの密度で導入して平織物を製織した。得られた布帛をコア部の融点より２０℃低い温度で無張力下で１分処理して融着処理を施して各種評価を実施した。尚、樹脂温度の差が２０℃以上無い場合本処方は接着性の観点から意味が無いが、布帛の風合いを総合的に判断する目的で全てのサンプルで本手法を採用した。実際に、コアの物性を損ねない為には２０℃以下の温度で処理することが好ましい。
表１に各構成で得られた糸の強伸度特性および８０℃、３０％伸長時の伸長回復率および屈曲疲労後の残留伸度、さらに布帛としての耐久性評価の結果を示す。
【００１１】
【表１】

【００１２】
［評価方法］
本特許明細および実施例に記載の評価方法を示す。
（強伸度特性）
オリエンテック社製テンシロンＴＭ測定装置を用いて、試料長100mm を100%／分の歪み率で温度２５％、相対湿度６５％雰囲気下で測定し、求めた歪み・応力曲線より破断強度と伸度を評価した。各測定は各々５回の平均値をその値とした。
（伸長回復率）
８０℃の温度に調整した加熱槽を上記の測定装置に設置し、同じく100mm の試料長にセット後、２分間の加熱後、100%/ 分の歪み速度で30%まで伸長して直ちに同じ速度で0%まで変形を戻した。変形が戻ってから10秒後に再び同じ歪み速度で30％までの伸長変形を与えた。この時の一連の歪み・応力曲線の記録から、２回目の伸長により応力が発生開始する歪み量（ｘ％）を求めて、以下の式で伸長回復性を評価した。
伸長回復率（％）＝１００−ｘ
（曲げ疲労特性）
モノフィラメントを４０ｃｍの長さをとり、それに０．２ｇ／ｄの荷重を加えながら、その中央部２０ｃｍの位置で５ｍｍの半径を持つステンレス性の円筒針金を中心にしながら糸の直線方向を０°として、そこから９０°の角度になるように繰り返して曲げる操作を実施した。変形の速度は０．５Ｈｚとし、２０００回終了後の糸の強度の試験前からの保持率を持って糸の屈曲疲労性の評価とした。尚、２０００回に至る前に切断したものは強度保持率０％と評価した。
（布帛の風合い評価）
本実施例で準備した布帛を４０ｃｍ×４０ｃｍの金枠に固定し、上から手により荷重を加えるおよび、表面を撫ぜるおよび交点を故意に引き剥がすなどの定性試験においてシート材としての風合いを総合的に評価した。
【００１３】
以上の結果から本発明にかかるモノフィラメント（実験１，２，４）を用いた布帛はいずれも曲げ疲労性及び風合いの優れたものであった。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によると、静的な荷重を支持するための布帛を構成するのに十分の力学的特性を保持し、かつ繰り返し変形による特性低下が極めて少ない優れた弾性回復特性を有する複合弾性モノフィラメントを提供することを可能とした。

Claims (2)

1. ２成分以上のポリエステル系エラストマーを主原料とし、実質シース・コア形状であり、シース部・コア部に配置されるポリマーの両方がエラストマーであり、破断伸度が８０％以上、破断強度が０．５ｇ／ｄ以上で、且つ８０℃における３０％伸長後の伸長回復率が９０％以上であることを特徴とする弾性複合モノフィラメントであり、コア部成分の融点が１５０℃以上２００℃未満であり、且つシース部成分の融点はコア部成分の融点より２０℃以上５０℃未満低いことを特徴とし、コア部成分のポリマー主成分が高融点ポリエステルセグメントと分子量４００〜６０００の低融点重合体セグメントからなる共重合体であり、高融点ポリエステルセグメントの構成成分の融点が１５０℃以上であり、低融点ポリマーセグメント構成成分の融点ないし軟化温度が８０℃以下の構成成分からなり、低融点重合体セグメントの含有量が２０〜５０重量％の範囲であることを特徴とする複合弾性モノフィラメント。
2. 繊維断面積に占めるコア部の面積比が５０％以上であることを特徴とする請求項１記載の弾性複合モノフィラメント。