JP4567509B2 - 短繊維の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、長単繊維群を束ねて繊維束とし、この繊維束から数ｍｍ未満の繊維長を有する短繊維を製造するための方法に関する。

従来、ポリエステル、ポリアミドなどの熱可塑性合成ポリマーからなる長繊維を束ねて繊維束とし、この繊維束を切断して数ｍｍから数十ｍｍの長さの短繊維を得るために、各種の繊維束切断装置が慣用されている。例えば、このような切断装置として、繊維束を切削刃が放射状に多数設けられたロータリーカッターに巻付け、切削刃上に撒き付けられた繊維を切削刃に押圧しながら連続的に所定の長さに切断するロータリーカッター式繊維束切断装置が使用されている。また、固定刃と移動刃とを剪断刃として設け、これら剪断刃に対して所定の切断長だけ繊維束を押し出して切断するいわゆるギロチンカッター式繊維束切断装置も古くから知られている。

しかしながら、何れの方式の繊維束切断装置においても、１ｍｍ以下の切断長を有する短繊維を製造しようとすると、繊維自体が有する弾性のために繊維が湾曲したり、座屈したりして固定刃に対して正常な角度で当接しなくなったりする。また、固定刃と移動刃とのクリアランスの調整が極めて困難であったりもする。そうすると、斜め切りや切断長さの不揃いなどのミスカットが多量に発生する。すると、ミスカットされた多量の短繊維中から正常に切断されたもののみを選別して効率的に取り出すことは至難の業であって、敢えてこれを行おうとすると、その作業は極めて繁雑となり、工業的規模で実施することができない。それどころか、許容切断長に収まらないミスカットされた繊維が多くなると、正常に切断された繊維の収率そのものも悪くなる。

そこで、ギロチンカッター式繊維束切断装置が有する前記問題を解決するための装置が、例えば特開２００３−１１９６６２号公報に提案されている。この従来技術では、供給する繊維束を切断するための切断部より前に繊維束をシート状物によって包む役割を果たさせるためのガイドを取り付け、連続シート状物を繊維束に併走させてガイドローラを介してシート状物を繊維束を包むように重ねて繊維束と一緒に切断するようにしている。そして、このようにすることによって、シート状物で包まれた繊維束は、シート状物の作用によって繊維が引き揃えられた状態のまま直線状で均斉に切断部に送られ、ミスカットされることなく所要の長さに切断されるというものである。

ところが、短繊維長が１ｍｍ以下、特に０．１ｍｍ以下のものを製造しようとすると、使用できるシート状物は、より剛直なものが必要とされ、更に切断可能な繊維束の径を大きくすると、シートで拘束する繊維束が動き易くなる。このため、シートで拘束する繊維束の径を大きくすることができず、小さくする必要が生じるが、それでも、単純にシートで包むだけの方法では、充分な拘束力が得られずミスカットの発生も多くなるという問題がある。
特開２００３−１１９６６２号公報

本発明が解決しようとする課題は、以上に述べた従来技術が有する問題に鑑み、切断長が１ｍｍ以下、特に、０．１ｍｍ未満の短繊維をミスカットすることなく、大量且つ簡易に作製することができる短繊維の製造方法を提供することである。

ここに、前記課題を解決するための発明として、（１） 繊維軸方向に沿って平行に引き揃えられた長単繊維群からなる繊維束を熱収縮チューブによって被覆後に加熱して熱収縮させ、収縮後の熱収縮チューブで被覆された繊維束を型枠内で圧縮成形して前記単繊維群を更に高密度に密集させ、高密度に密集させた繊維束を切断長が０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ未満の短繊維に切断することを特徴とする短繊維の製造方法、（２） 前記熱収縮チューブを繊維束に被覆させて熱収縮させるに際して、繊維束に所定の張力を付与することを特徴とする、（１）に記載の短繊維の製造方法、（３） 前記熱収縮チューブを繊維束に被覆させて熱収縮させるに際して、熱収縮チューブの一端から他端へと加熱位置を移動させながらゾーン加熱することを特徴とする、（１）又は（２）に記載の短繊維の製造方法、（４） 前記圧縮成形によって熱収縮チューブで被覆された繊維束の断面形状を矩形断面とすることを特徴とする、（１）〜（３）の何れかに記載の短繊維の製造方法、そして、（５） 前記繊維束が合成繊維からなり、繊維束を構成する長単繊維の繊度が０．１〜１０dtexであって、繊維束の総繊度が１万〜１０００万dtexであることを特徴とする、（１）〜（４）の何れかに記載の短繊維の製造方法が提供される。

以上に述べた本発明によれば、繊維束を構成する長単繊維群が熱収縮チューブによって被覆されて強固に拘束される。その上更に、熱収縮チューブの収縮力だけに頼らずに、外部から大きな力を懸けて熱収縮チューブで被覆された繊維束をコンパクトに圧縮して高密度の繊維束とすることができる。

しかも、熱収縮チューブで被覆されているために、圧縮力を解除しても繊維束を構成する単繊維群はバラケずにコンパクトな結束状態を維持することができる。そのうえ、繊維束を圧縮する時に型枠などに、熱収縮チューブで被覆した繊維束を押し込んで成形すると、例えば丸断面を有する繊維束を矩形断面を有する繊維束断面に変形させることができ、短繊維を切断する際に切断刃との当接がより均一となるために、より好ましい形状を有する被切断材料とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明による短繊維の製造方法を説明するための模式図である。この図１において、図１(a)は、長単繊維群が繊維軸に沿って平行に引き揃えられた繊維束１を示し、図１(b)は、前記繊維束１に熱収縮チューブ２を被覆した後、この熱収縮チューブ２を収縮させた状態を示し、そして、図１(c)は、熱収縮チューブ２を被覆した繊維束１を型枠に入れて加圧して、矩形断面を有する被切断材１０とした状態をそれぞれ示す。

本発明で使用する繊維束１は、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィンなどのポリマーからなる合成繊維から構成することが好ましいが、特にこれらに限定されるわけではく、絹糸、綿糸、麻糸などの天然繊維、あるいはセルロース繊維、アセテート繊維などのような半合成繊維から構成してもよく、あるいは、これらを混合したり組み合わせたりしてもよい。さらに、合成繊維を使用する場合には、２種以上のポリマーを組み合わせた複合合成繊維であってもよいし、主ポリマー中に副ポリマーを混合した合成繊維であってもよい。

このとき、繊維束１を構成する長単繊維群の単繊維繊度は、好ましくは、０．１〜１０dtexである。また、前記長単繊維群で構成される繊維束１の総繊度としては、生産効率と繊維束の拘束強化という点から、１万〜１０００万dtexとすることが好ましい。すなわち、１万dtex未満であれば、多量の短繊維を製造するためには、多数の繊維束１を用意しなければならず、主として、生産効率の点で問題がある。逆に１０００万dtexを超えると、繊維束１の良好な引き揃えが困難となり、更には、繊維束１が大きくなりすぎて、均一な長さに切断することが困難であり、ミスカットが生じ易くなって生産歩留まりの点で問題がある。

本発明においては、引き揃え状態が良好な繊維束１を用いるが、本発明は、引き揃え状態が良好な繊維束１を提供すること自体を目的とするものではない。しかしながら、引き揃え状態が良好な繊維束１を準備する方法について簡単に説明しておく。このような繊維束１は、整経枠（巻取枠）の直径が例えば1〜１０ｍ程度の整経機を用いて整経枠上に、多数の糸巻体（糸条パッケージ）から供給されるマルチフィラメント群を集束しながら重ね巻きし、これを繊維束とする方法を用いることができる。また、ハンク・ワインダーを使用して一本以上の糸条を糸巻体（糸条パッケージ）から解舒して巻き出し、巻き出した糸条を綛状に巻取って繊維束としたりする方法など、当業者にとって周知の方法によって実施できる。したがって、本発明においては、引き揃え状態が良好な繊維束１の準備については、詳細説明を省略する。

以上に述べた当業者にとって周知の方法によって繊維束１の準備が完了すると、図２に例示したように、好ましくは、把持具３によって繊維束１をプリテンションを付与した状態で把持して緊張状態下に置いた状態で熱収縮チューブ２を繊維束１に被せる。そして、熱風吹出器などの加熱手段４を移動させて所定幅でゾーン加熱しながら、被せた熱収縮チューブ２の一端から他端へと熱収縮チューブ２を収縮させて行き、最終的に収縮させた熱収縮チューブ２によって繊維束１を拘束する。

なお、本例ではゾーン加熱法によって熱収縮チューブ２を収縮させる方法を採用しているが、熱収縮チューブ２を繊維束１に被せた状態で乾燥機中に投入して、全体加熱によって熱収縮チューブ２を収縮させるようにしてもよい。この場合、熱収縮チューブ２の特性に合わせて加熱温度の昇温パターンを調整することが好ましいことは言うまでもない。

以上に詳細に説明したように、本発明の方法では、熱収縮チューブ２を使用することを大きな特徴とする。そこで、本発明の方法に好適に使用できる熱収縮チューブ２について、以下に説明する。

本発明に使用する熱収縮チューブ２としては、フッ素系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、エチレン系共重合体樹脂、塩化ビニル樹脂などの高分子材料からなるものを例示することができる。そして、このような高分子材料が加熱により一定温度以上になると収縮変形する性質を利用する。

なお、この熱収縮する性質を前記高分子樹脂に付与するための方法として、高分子樹脂からなるチューブを加熱した状態で拡径しておき、拡径したチューブを再加熱して元の形状に回復（収縮）させることによって行う。ただし、このとき採用する熱収縮チューブ２は、チューブ内部に挿入する繊維束１の軟化温度あるいは溶融温度よりも低い温度で収縮することが肝要である。何故ならば、熱収縮チューブ２が収縮を開始する温度よりも、繊維束の軟化温度あるいは溶融温度が低ければ、繊維束を構成する単繊維群が溶融したり、熱融着したりするため好ましくないからである。したがって、熱収縮チューブ２を収縮させるために加熱する温度は、繊維束１を構成する単繊維群が変形したり、熱融着したりしない温度に設定する必要があることは言うまでもない。

このように、本発明で使用する熱収縮チューブ２は、再加熱すると原チューブの形状に戻ることが重要であって、このために、一般には、収縮回復性能を高めるために原チューブの形状下で高分子を架橋し、その後原チューブを拡径することが行われる。何故ならば、架橋していない場合には、再加熱しても原チューブの形状までは戻りにくいからである。これは、拡径時の加熱で原チューブの形状が失われることを示している。

これに対し、架橋結合は加熱によって失われることがないので、架橋した熱収縮チューブ２では、再加熱により原チューブの形状に容易に戻る。このように、架橋は、再加熱時の収縮回復性を確実にするものであり、熱収縮チューブ２を製造する上で非常に重要である。なお、架橋は、電子線照射架橋、化学架橋および水架橋などを例示することができるが、通常は、電子線照射により行われることが多い。

このように熱収縮チューブ２を製造する工程は、チューブ成形−架橋−拡管の工程からなり、このような一連の工程によって拡径された後のチューブがいわゆる熱収縮チューブである。このとき、拡径は、高分子の結晶融点あるいはガラス転移温度以上に加熱しながら、機械的にチューブの径を拡げることによって行う。そして、機械的な拡径状態のままで上記温度以下まで冷却する。こうすることで元のチューブ径に戻すことなく拡管状態の径を維持させることができ、本発明の熱収縮チューブ２は、この状態で提供されるものである。

このようにして、図１(b)に例示した熱収縮チューブ２に被覆された繊維束１の準備が完了すると、これを被覆繊維束１の断面が例えば矩形状となるように型枠（図示省略）に入れて、圧縮成形する。なお、この圧縮成形工程においては、繊維束１を圧縮するのに合わせて熱収縮チューブ２を更に収縮させるために、加熱しながら行うことが好ましい。また、被覆繊維束１の加圧を一気に行うこともできるが、繊維束１の断面形状が丸断面から矩形断面へと変形させる過程において加圧を急激に行うと長単繊維群の移動変形に伴う再配置が円滑に行われず、繊維束１の引き揃え状態が悪化することがあるので、圧縮を複数回に分けて徐々に行うことが好ましい。特に、繊維束１の全長が長くなると、このような問題が生じ易いために、このような注意が必要である。

また、この圧縮成形においては、熱収縮チューブ２で被覆した繊維束１を上下方向に圧縮して扁平化した後、左右の幅方向に圧縮して矩形状断面を有する熱収縮チューブ２で被覆された繊維束１とすることもできる。その際、上下方向の平面圧縮と左右方向の平明圧縮を組み合わせて、これらの組み合わせ圧縮を複数回実施することで、徐々に円形断面から矩形断面へと熱収縮チューブ２で被覆された繊維束１の断面形状を変化するようにしてもよい。

以上に述べたようにして、熱収縮チューブ２によって被覆された繊維束１の圧縮成形が完了すると、図１(c)に例示したように、１ｍｍ未満の切断長を有する短繊維を製造するための被切断材１０が得られる。なお、このとき得られた被切断材１０は、ギロチン式カッターなどを使用して切断するために、その切断端面が綺麗に出るように、電動鋸などによって端部が切断されて被切断材１０として供給される。そして、供給された被切断材１０は市販のギロチン式カッター（例えば、小野打製作所から販売されているギロチン式カッター：ＬＤ１００型）によって、所定の切断長づつ被切断材１０をカッターへ送給して、１ｍｍ未満の短繊維を製造することができる。

以下、実施例により本発明の方法を具体的に説明する。
単繊維繊度が４dtexである単繊維群をハンク・ワインダーを使用して定法に従って繊維軸方向へ平行に引き揃えて総繊度が３００万dtexのポリエステルからなる繊維束を準備した。次いで、熱収縮チューブとして、その材質がポリオレフィン（住友電工株式会社製、商品名：スミチューブ ＬＡ黒 ５０）からなる内径５０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、収縮率が加熱温度１００℃で３０％以上のものを用いて、張力として５ｋｇｆを予め付与した状態の前記繊維束に被せた状態で熱風供給ノズルから約１００℃の熱風を吹出して熱収縮チューブの一端から多端へと熱収縮チューブを順次熱収縮させた。

次に、このようにして得られた熱収縮チューブを被覆した繊維束を圧縮成形後に幅が１００ｍｍ、高さが１５ｍｍの矩形断面形状を有するように型溝が形成された型枠に入れて、油圧式圧縮機によって熱収縮チューブで被覆された繊維束を圧縮成形した。この圧縮成形によって作製した被切断材は、長単繊維群が高密度でコンパクトに密集し、その断面形状は型溝形状に正確に賦型されていた。その後、賦型した被切断材の端部を電動丸鋸によって切断して全長が１０００ｍｍの被切断材とした。

このようにして得た被切断材を小野打製作所のギロチン式カッター（ＬＤ１００型）へ供給して、切断長がそれぞれ０．０２ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、そして、１．０ｍｍの短繊維からなるサンプルをそれぞれ製造した。なお、このようにして、製造した短繊維サンプルは、細かく裁断された熱収縮チューブを含むため、水中に浸漬して比重差を利用して熱収縮チューブだけを分離除去した。そして、熱収縮チューブ分が除去された短繊維を脱水した後、熱風循環式の公知の乾燥機中に投入して熱風乾燥した。このようにして、最終的に得られた各短繊維は、従来技術による方法と比較してミスカットが極めて少なかった。

［比較例］
これに対して、本発明のような方法を用いず、単繊維群を引き揃えただけの繊維束を用いただけが実施例と同じ条件で、切断長が０．１ｍｍと１．０ｍｍの短繊維を製造した。その結果、切断長が０．１ｍｍの短繊維を得ようとしたが多量のミスカットが発生し、切断長が０．１ｍｍの短繊維を製造することができなかった。また、切断長が１．０ｍｍの短繊維については、カットすることはできたが、その製造歩留まりは本発明の方法と比較して格段に低く、工業的規模で実施できるものではなかった。

本発明の製造方法によって得られる極短繊維は、その切断長が１ｍｍ以下、特に０．１ｍｍ未満の短繊維を好適に製造できる。したがって、例えば特開平１１−２４１２２３号公報などに記載されているような短カットした光学干渉性繊維を接着剤中に混入してこれを塗料として使用したり、化粧品に混入させたりして使用したり、あるいはフロック加工用、印刷機のトナー原料などとしても使用することができるなど広範な用途が期待できる。しかも、本発明の製造装置によれば、切断長が１ｍｍ未満、特に切断長が０．１ｍｍ以下の短繊維を安定かつ容易に製造することができ、更には、ミスカット品が極めて減少するため、その製造歩留まりも良いため、工業的規模で短繊維を製造することができる。

本発明による短繊維の製造方法を説明するための模式図（斜視図）であり、図１(a)は繊維束１、図１(b)は熱収縮チューブで被覆された繊維束、そして、図１(c)は圧縮成形後の被切断材を例示した模式説明図をそれぞれ示す。 熱収縮チューブに繊維束を挿入して熱収縮させる工程を例示した模式説明図である。

符号の説明

１：繊維束
２：熱収縮チューブ
１０：被切断材

Claims (5)

1. 繊維軸方向に沿って平行に引き揃えられた長単繊維群からなる繊維束を熱収縮チューブによって被覆後に加熱して熱収縮させ、収縮後の熱収縮チューブで被覆された繊維束を型枠内で圧縮成形して前記単繊維群を更に高密度に密集させ、高密度に密集させた繊維束を切断長が０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ未満の短繊維に切断することを特徴とする短繊維の製造方法。
2. 前記熱収縮チューブを繊維束に被覆させて熱収縮させるに際して、繊維束に所定の張力を付与することを特徴とする、請求項１に記載の短繊維の製造方法。
3. 前記熱収縮チューブを繊維束に被覆させて熱収縮させるに際して、熱収縮チューブの一端から他端へと加熱位置を移動させながらゾーン加熱することを特徴とする、請求項１又は２に記載の短繊維の製造方法。
4. 前記圧縮成形によって熱収縮チューブで被覆された繊維束の断面形状を矩形断面とすることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の短繊維の製造方法。
5. 前記繊維束が合成繊維からなり、繊維束を構成する長単繊維の繊度が０．１〜１０dtexであって、繊維束の総繊度が１万〜１０００万dtexであることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の短繊維の製造方法。

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