JP4238119B2 - Method for manufacturing fiber assembly and apparatus for manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は繊維集合体の製造方法及びその製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fiber assembly and a manufacturing apparatus therefor.
従来、静電紡糸方法による繊維集合体の製造方法としては、原料となる高分子の状態によって、溶液静電紡糸法と溶融静電紡糸法とに区別される(例えば、特許文献1、特許文献2)。しかしながら、前者の溶液静電紡糸法においては、高分子を溶媒に溶解させた紡糸原液を使用し、紡糸後の繊維集合体においては、溶媒が揮発した状態にあるため、繊維集合体の製造効率の悪い方法であった。また、溶媒は紡出時に紡糸雰囲気中に蒸発するため、雰囲気中の溶媒濃度を適切に調節する必要があり、適切に調節されない場合には、紡糸状態が悪化するという問題点があった。 Conventionally, as a method for producing a fiber assembly by an electrospinning method, there is a distinction between a solution electrospinning method and a melt electrospinning method depending on the state of a polymer as a raw material (for example, Patent Literature 1, Patent Literature 1). 2). However, in the former solution electrostatic spinning method, a spinning stock solution in which a polymer is dissolved in a solvent is used, and in the fiber assembly after spinning, the solvent is in a volatile state. It was a bad way. Further, since the solvent evaporates in the spinning atmosphere at the time of spinning, it is necessary to appropriately adjust the solvent concentration in the atmosphere. If the solvent is not properly adjusted, the spinning state deteriorates.
他方、後者の溶融静電紡糸法においては、高分子を静電紡糸可能な粘度まで下げるために熱を加えるが、長時間の滞留によって熱分解して、高分子の物性低下を招く場合があった。また、紡糸ノズルへ溶融させた高分子を供給するための押し出し機が必要となるなど、設備が大掛かりになるという問題もあった。 On the other hand, in the latter melt electrospinning method, heat is applied to reduce the polymer to a viscosity capable of electrospinning, but thermal degradation may occur due to long-term residence, leading to deterioration of the physical properties of the polymer. It was. In addition, there is a problem that the facility becomes large, for example, an extruder for supplying the molten polymer to the spinning nozzle is required.
本発明は従来の静電紡糸法による繊維集合体の製造方法を改良したもので、溶媒を使用することなく製造することができ、しかも熱による物性低下を招くことがない繊維集合体の製造方法を提供することを目的とする。また、前記繊維集合体の製造方法を実施でき、しかも押し出し機などを必要としない、比較的簡単な繊維集合体の製造装置を提供することも目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is an improved method of manufacturing a fiber assembly by a conventional electrospinning method, and can be manufactured without using a solvent, and the method of manufacturing a fiber assembly that does not cause deterioration of physical properties due to heat The purpose is to provide. Another object of the present invention is to provide a relatively simple fiber assembly manufacturing apparatus that can carry out the fiber assembly manufacturing method and that does not require an extruder.
本発明の請求項1にかかる発明は、「(1)ポリマーを非溶融状態のまま供給する供給工程、(2)前記供給したポリマーに対してレーザーを照射してポリマーが変形可能な状態にする照射工程、(3)前記変形可能なポリマーを電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして繊維化する繊維化工程、及び(4)前記繊維を集積して繊維集合体を形成する繊維集合体形成工程、とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造方法」である。請求項1にかかる発明によれば、非溶融状態のまま供給されたポリマーにレーザーを照射して熱を与え、変形可能(静電紡糸可能)な状態としているため、溶液静電紡糸法と異なり溶媒を必要としない。また、レーザーを照射して加熱し、瞬時にポリマーを変形可能(静電紡糸可能)な状態にすることができるため、ポリマーを長時間、高温状態にさらす必要がなく、その結果、ポリマーの熱分解を抑制でき、物性の低下を防ぐことができる。更にこの効果に加えて、ポリマーを非溶融状態のまま供給するため、押し出し機などの大掛かりな装置を必要とせず比較的簡単な装置で紡糸が可能である。また、繊維集合体形成時に幅方向(繊維集合体の生産方向に対して直交する方向)へのポリマーの供給量を容易に制御可能なため、目付分布が均一な繊維集合体を製造しやすい。
The invention according to claim 1 of the present invention is as follows: “(1) Supplying a polymer in an unmelted state , (2) Irradiating a laser to the supplied polymer to make the polymer deformable. An irradiation step, (3) a fiberizing step in which the deformable polymer is electrically pulled, reduced in diameter and stretched to form a fiber, and (4) a fiber assembly in which the fibers are accumulated to form a fiber assembly. A method for producing a fiber assembly, comprising: a body forming step. According to the first aspect of the invention, the polymer supplied in the non-molten state is irradiated with laser to give heat, and is in a deformable (electrostatic spinning) state. No solvent is required. In addition, since the polymer can be instantly deformed (electrospinable) by heating with laser irradiation, it is not necessary to expose the polymer to a high temperature state for a long time. Decomposition can be suppressed and deterioration of physical properties can be prevented. In addition to this effect, since the polymer is supplied in a non-molten state, spinning is possible with a relatively simple apparatus without requiring a large apparatus such as an extruder. Further, since the amount of polymer supplied in the width direction (direction perpendicular to the production direction of the fiber assembly) can be easily controlled when the fiber assembly is formed, it is easy to manufacture a fiber assembly having a uniform basis weight distribution.
本発明の請求項2にかかる発明は、「(1)ポリマーを非溶融状態のまま供給できる供給手段、(2)前記供給したポリマーが変形可能な状態にできるレーザー照射手段、(3)前記変形可能なポリマーを電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして繊維化できる繊維化手段、及び(4)前記繊維を集積して繊維集合体を形成できる集積手段、とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造装置」である。請求項2にかかる発明によれば、請求項1にかかる発明の繊維集合体の製造を実施できる。また、押し出し機を必要としないため、設備が比較的簡単で、安く繊維集合体を製造することができる。
The invention according to claim 2 of the present invention is as follows: "(1) Supply means capable of supplying the polymer in an unmelted state , (2) Laser irradiation means capable of allowing the supplied polymer to be deformable, (3) The deformation And a fiberizing means capable of electrically pulling a possible polymer, reducing the diameter and stretching it to obtain a fiber, and (4) an accumulation means capable of accumulating the fibers to form a fiber assembly. This is a characteristic feature of a “fiber assembly manufacturing apparatus”. According to the invention concerning Claim 2 , manufacture of the fiber assembly of the invention concerning Claim 1 can be implemented. Moreover, since an extruder is not required, the facility is relatively simple and a fiber assembly can be manufactured at a low cost.
本発明の繊維集合体の製造方法によれば、溶媒を使用することなく製造することができ、しかも熱による物性低下を招くことがない。 According to the method for producing a fiber assembly of the present invention, it can be produced without using a solvent, and physical properties are not deteriorated by heat.
また、本発明の繊維集合体の製造装置は前記繊維集合体の製造方法を実施でき、しかも押し出し機などを必要としない、比較的簡単な繊維集合体の製造装置である。 In addition, the fiber assembly production apparatus of the present invention is a relatively simple fiber assembly production apparatus that can carry out the fiber assembly production method and that does not require an extruder or the like.
本発明の繊維集合体の製造方法及び製造装置について、繊維集合体の製造装置の概念的模式断面図である図1を参照しながら説明する。図1の製造装置は、ボビン10に巻かれた繊維11を印加部31へ供給できる一対の送り出しロール20からなる供給手段、前記供給された繊維11に対して電圧を印加できる高電圧電源30からなる印加手段、前記印加手段によって電圧が印加された繊維12が変形可能な状態となるまでレーザーを照射できる、レーザー発振器40からなるレーザー照射手段、前記電圧が印加された変形可能な繊維を電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして細繊維化できるように、捕集体と接続された接地手段、及び前記細繊維13を集積して繊維集合体70を形成できるコンベア60からなる集積手段とを備えている。なお、図1の製造装置においては、印加手段と接地手段とによって、電位差が形成され、電圧が印加された変形可能な繊維は電気的に牽引されて、細径化するとともに引き伸ばされるため、印加手段と接地手段とで繊維化手段を構成する。
The fiber assembly manufacturing method and manufacturing apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. 1, which is a conceptual schematic cross-sectional view of a fiber assembly manufacturing apparatus. The manufacturing apparatus of FIG. 1 includes a supply unit including a pair of
より具体的には、まず、一対の送り出しロール20によって、ボビン10に巻かれた繊維11を印加部31へ供給する供給工程、を実施する。本発明の繊維11を構成するポリマーはレーザーの照射によって変形可能なものであれば良く、一般的な汎用樹脂からエンジニアプラスチックで構成することができる。より具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミドなどを挙げることができる。
More specifically, first, a supply step of supplying the
この印加部31へ供給する繊維11は非溶融状態にあるため、繊維11の供給量を一定としやすく、目付分布が均一な繊維集合体70を製造しやすいため好適である。また、ボビン10から直接繊維11を供給することができ、押し出し機が必要ないという点からも好適である。
Since the
なお、図1においては、繊維11を一対の送り出しロール20によって供給しているが、繊維11を印加部31へ供給できる限り、これに限定されるものではない。
In FIG. 1, the
図1の繊維集合体70の製造方法においては、次いで、供給された繊維11に高電圧電源30を用いて電圧を印加している。これは後述の接地手段との組合せによって、電位差を設けて、繊維が電気的に牽引され、引き伸ばされて細径化するようにするためである。このように電位差を設けることによって、繊維に静電荷が蓄積され、接地50されたコンベア60によって電気的に牽引され、細径化するとともに引き伸ばされて細繊維化する。電気的に牽引しているため、繊維がコンベア60に近づくにしたがって、電界の作用が強くなり、繊維の速度が加速されて、繊維径の小さい細繊維を製造することができる。
In the manufacturing method of the
高電圧電源30による印加電圧は、印加部31とコンベア60との距離、繊維構成ポリマーの種類、レーザー照射の程度などによって変化するため、特に限定するものではない。
The voltage applied by the high-
なお、図1においては、複数本の繊維11を印加部31へ供給しているため、高電圧電源30による印加によって、互いの繊維が静電気的に反発して、個々の繊維に分離した状態(電圧が印加された繊維12)となる。そのため、次のレーザー照射による繊維同士の融着は生じない。
In addition, in FIG. 1, since the
次いで、前記印加手段によって電圧が印加された繊維12が変形可能な状態となるまで、レーザー発振器40を用いてレーザーを照射する。この照射するレーザーは電圧が印加された繊維12を変形可能な状態とすることのできるものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、気体レーザー(主に炭酸ガスレーザー、He−Neレーザー、Arイオンレーザー)や固体レーザー(主にルビーレーザー、Nd:YAGレーザー、Nd:ガラスレーザー)や液体レーザー(主に色素レーザー)を使用することができる。
Next, the laser is radiated using the
このようなレーザーは繊維12を細径化しやすいように、印加部31近傍でレーザーを照射するのが好ましい。なお、図1のように、複数本の繊維12に対してレーザーを照射するには、例えば、レーザーを光ファイバーで分岐させて、個々の繊維12にレーザーを照射することができるし、レンズにより幅を広げたレーザーを照射することもできる。
Such a laser is preferably irradiated in the vicinity of the
このようなレーザーは繊維12を構成するポリマーが変形可能な状態にまで照射して加熱するが、別の言い方をすると、電気的に牽引して細径化可能な状態にまで照射して加熱する。
Such a laser irradiates and heats the polymer constituting the
なお、図1における製造装置においては、余剰のレーザーを吸収し、作業環境を悪化させないように、レーザー発振器40と対向した位置に、レーザー吸収体42としてレンガを配置している。
In the manufacturing apparatus shown in FIG. 1, bricks are arranged as laser absorbers 42 at positions facing the
次いで、図1においては、電圧が印加された変形可能な繊維12を電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして細繊維化する。この細繊維化は前述の通り、高電圧電源30と接地50されたコンベア60との間の電位差によって実施される。なお、図1においてはコンベア60を接地50しているが、高電圧電源30により印加される電圧との間に電位差が形成されれば、コンベア60に電圧を印加しても良い。また、図1とは反対に、コンベアに高電圧を印加し、図1の印加部31に相当する領域を接地して電位差を設けても良い。更には、コンベア60とは別に接地又は印加できる電極を設置しても良い。
Next, in FIG. 1, the
そして、細径化された繊維13はコンベア60上に捕集されて繊維集合体70が形成される。図1においてはコンベア60を捕集体として使用しているため、連続的に繊維集合体70を製造することができる。しかしながら、細径化した繊維13を捕集できれば、コンベアである必要はなく、特に限定するものではない。例えば、ドラム、ネットなどを捕集体として使用することもできる。
The thinned
なお、図1の製造装置においては、1つのボビンを用いているが、図1と同様の製造装置を繊維集合体の生産方向又は生産方向と直交する方向に複数台設置して、繊維集合体の生産性を高めることができる。 1 uses one bobbin, but a plurality of manufacturing apparatuses similar to those in FIG. 1 are installed in the production direction of the fiber assembly or in a direction perpendicular to the production direction, and the fiber assembly is provided. Can increase productivity.
図2は本発明の製造装置の別の態様を示す概念的模式断面図である。図2の製造装置においては、図1におけるボビン10から巻き出した繊維11を供給するのに替えて、棒状のポリマー14を供給していること以外は、図1と全く同様である。このように、本発明の製造方法及び製造装置はポリマーの形態に左右されず、繊維集合体70を製造することができる。
FIG. 2 is a conceptual schematic cross-sectional view showing another aspect of the production apparatus of the present invention. 2 is exactly the same as FIG. 1 except that the rod-
図3は本発明の製造装置の更に別の態様を示す概念的模式断面図である。図3の製造装置においては、図1におけるボビン10から巻き出した繊維11を供給するのに替えて、溶融したポリマーを押し出し機15から供給し、紡糸ノズル21から溶融したポリマー16を吐出していること以外は、図1と全く同様である。図3においては、溶融したポリマーを押し出し機15から供給し、紡糸ノズル21から溶融したポリマー16を吐出しているが、繊維化に必要な熱はレーザー照射で賄うことができ、押し出し機15及び紡糸ノズル21中における加熱温度を従来の溶融静電紡糸装置よりも低く抑えることができるため、ポリマーの熱分解を抑えて繊維化できる。なお、図3とは異なり、高電圧電源30からの印加を紡糸ノズル21に対して行っても良い。
FIG. 3 is a conceptual schematic cross-sectional view showing still another aspect of the production apparatus of the present invention. In the manufacturing apparatus of FIG. 3, instead of supplying the
10 ボビン
11 繊維
12 電圧が印加された繊維
13 細繊維(細径化した繊維)
14 棒状のポリマー
15 押し出し機
16 溶融したポリマー
20 送り出しロール
21 紡糸ノズル
30 高電圧電源
31 印加部
40 レーザー発振器
41 レーザー照射部
42 レーザー吸収体
50 接地
60 コンベア
70 繊維集合体
10
DESCRIPTION OF
Claims (2)
(2)前記供給したポリマーに対してレーザーを照射してポリマーが変形可能な状態にする照射工程、
(3)前記変形可能なポリマーを電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして繊維化する繊維化工程、及び
(4)前記繊維を集積して繊維集合体を形成する繊維集合体形成工程、
とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造方法。
(1) Supply process for supplying the polymer in an unmelted state ,
(2) An irradiation process in which the supplied polymer is irradiated with a laser so that the polymer can be deformed.
(3) a fiberizing step of electrically pulling the deformable polymer to reduce the diameter and stretching the polymer;
(4) A fiber assembly forming step for collecting the fibers to form a fiber assembly;
And a method for producing a fiber assembly.
(2)前記供給したポリマーが変形可能な状態にできるレーザー照射手段、
(3)前記変形可能なポリマーを電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして繊維化できる繊維化手段、及び
(4)前記繊維を集積して繊維集合体を形成できる集積手段、
とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造装置。 (1) Supply means capable of supplying the polymer in an unmelted state ,
(2) Laser irradiation means capable of making the supplied polymer deformable,
(3) A fiberizing means for electrically pulling the deformable polymer to reduce the diameter and to stretch and fiberize the polymer; and
(4) An accumulation means capable of accumulating the fibers to form a fiber assembly,
An apparatus for producing a fiber assembly, comprising:
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