JP5170578B2 - 耐切創糸、耐切創糸の製造方法、および耐切創糸を含む製品 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、硬質成分を含むフィラメントおよび／またはステープル繊維を含む耐切創糸、耐切創糸の製造方法、ならびに耐切創糸を含む製品に関する。

耐切創糸および耐切創糸を含む衣類は公知である。耐切創糸は、例えば、食肉産業、金属産業、および木材産業に従事する人を切創から防護するための衣類等の製品に用いられている。このような衣類としては、例えば、手袋、前掛け、ズボン、手首カバー、腕カバー等が挙げられる。

この目的に好適な糸の例としては、アラミド、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭｗＰＥ）、またはポリベンゾオキサゾールのフィラメントを含む糸が挙げられる。

糸の耐切創性をさらに高めるために、上述のフィラメントおよび／またはステープル繊維の単糸だけでなく１種以上の金属線を含む糸等の複合糸が提案されている。このような糸は、例えば、欧州特許出願公開第Ａ−４４５８７２号明細書より公知である。この糸を含む衣類は耐切創性が改善されているが、着用感に関してはさらなる改善の余地がある。産業従事者はかなり長い時間その衣類を着用しなければならず、それと同時に高い生産性も維持しなければならないので、衣類の着用感は非常に重要である。着心地が悪いと、疲労しやすくなったり、防護衣類の着用が敬遠されたりすることさえある。このようになると、事故が発生したり怪我をしたりするリスクが高くなってしまう。

米国特許第５，９７６，９９８号明細書においては、ポリマーフィラメントを含む糸が開示されており、このフィラメントは、フィラーまたは硬質粒子を含有している。この糸から製造された手袋はより可撓性が高く、着用感に優れ、そして手入れが容易であると記載されている。フィラーは、約０．０５重量％〜約２０重量％の量で存在している。粒状フィラーとしては、通常、粉体が用いられる。板状体や針状体を含む材料などの粉体状材料も好適であると記載されている。

粒度の大きいフィラーは、長さの長い細長い粒子である場合は、紡糸口金を通過する際に問題が生じるだけでなく、フィラメントの機械特性に悪影響を及ぼす問題も報告されている。デニール数が約１．５〜約１５ｄｐｆの範囲にあるフィラメントの場合、６ミクロンを超える粒子を取り除くように粒子を濾過または篩別することが必要である。

硬質フィラーとして使用するのに好適な粉体または粉体様材料は、その粒子の粒度分布が広いという一般的な問題がある。したがって、ほとんどの場合、紡糸口金を通過することができないかまたは少なくとも糸の機械特性に関する問題を引き起こす大き過ぎる粒子が存在する。これは、たとえより太径のフィラメントに使用する場合であっても、粉体または粉体様材料を篩別することが一般に好ましいことを意味する。

このような方法で細かい粒子を取り扱うのは面倒なことであり、粒子を吸入する恐れがある場合は作業者の健康を守るための特別な対策を講じることも必要になる。さらに、篩別を行った後の粒子でさえも、依然として糸の機械特性に関する問題を起こす。

本発明の目的は、フィラメントおよび／またはステープル繊維を含み、このフィラメントおよび／またはステープル繊維が硬質成分を含む耐切創糸であって、糸に上述の問題が起こらない耐切創糸を提供することにある。

意外なことに、この目的は、糸が、平均径が最大で２５ミクロンである複数の硬質繊維である硬質成分を含む場合に達成される。

意外なことに、本発明による糸は製造が容易である。

本発明による糸はまた、耐切創性が改善されており、機械特性が良好であり、可撓性があり、かつ手入れが容易である。

非常に意外なことに、長さがフィラメントの厚みの数倍さえ超え得る硬質繊維によって非常に良好な結果が得られるとともに、米国特許第５，９７６，９９８号明細書に記載されているような粒子を使用した場合は、より大きな粒子でないと問題が発生しない。

意外なことに、本発明による糸はまた、例えばナイフによる突刺しやアイスピックによる突刺しに対する抵抗性などの耐突刺し性が要求される用途にも非常に好適である。

好ましくは、本発明による糸中の硬質繊維の平均径は、最大で２０ミクロン、より好ましくは最大で１５ミクロン、最も好ましくは最大で１０ミクロンである。糸中のフィラメントまたはステープル繊維の直径がより小さい場合は、硬質繊維の直径も同様により小さくするのが好ましいであろう。

好ましくは、硬質繊維の少なくとも一部は、平均アスペクト比が少なくとも３、より好ましくは少なくとも６、よりさらに好ましくは少なくとも１０である。

硬質繊維のアスペクト比とは、硬質繊維の長さと直径との比である。

硬質繊維の直径およびアスペクト比は、ＳＥＭ写真を用いることによって容易に求められるであろう。直径に関しては、硬質繊維をそのままの状態で表面に広げてＳＥＭ写真を撮影し、無作為に選択した１００個の位置から直径を測定し、次いで、このようにして得られた１００個の値の平均値を求めることが可能である。アスペクト比に関しては、本発明による糸中の１本以上のフィラメントのＳＥＭ写真を撮影し、フィラメントの表面またはその直下に見える硬質繊維の長さを測定することが可能である。好ましくは、ＳＥＭ写真は後方散乱電子を用いて撮影され、こうすることによって、硬質繊維とフィラメントまたはステープル繊維の表面とのコントラストがより高くなる。

本発明による糸の硬質繊維は、硬質材料から製造される。本発明の文脈における硬質とは、硬質繊維を含まないフィラメントまたはステープル繊維そのものよりも少なくとも硬質であることを意味する。好ましくは、繊維の製造に使用される材料は、モース硬度が少なくとも２．５、より好ましくは少なくとも４、最も好ましくは少なくとも６である。好適な硬質繊維の適切な例としては、ガラス繊維、鉱物繊維、または金属繊維が挙げられる。

好ましくは、硬質繊維は、紡糸繊維である。このような繊維の利点は、繊維の直径が幾分一定の値となるかまたは少なくとも一定の範囲内に収まることにある。このため、本発明による糸の特性、例えば機械特性は、変動が全くないかまたは非常に限られた範囲内でのみ変動する。これは、本発明による糸に使用される硬質繊維の充填量が比較的高い場合でも当てはまり、このようにして、耐切創性に非常に優れた糸が得られる。

このような紡糸硬質繊維の適切な例は、当業者に周知の回転法で紡糸された細いガラスまたは鉱物繊維である。

硬質繊維は、連続フィラメントとして製造することが可能であり、これは、次いで、それよりもはるかに短い硬質繊維に粉砕される。別法として、不連続なフィラメントをジェット紡糸により製造してもよく、次いで、場合により粉砕して本発明によるフィラメント中に使用するかまたはこの硬質繊維を製造されたままの長さで本発明による糸の製造に使用してもよい。

好ましい実施形態においては、硬質繊維として炭素繊維が使用される。最も好ましくは、使用される炭素繊維は、直径が３〜１０ミクロン、より好ましくは４〜６ミクロンである。

炭素繊維を含むフィラメントを有する糸は、導電性が改善されており、静電気を放電することができる。

本発明による好適な糸は、硬質繊維を０．１〜２０体積％、好ましくは１〜１０体積％、よりさらに好ましくは２〜７体積％含んでいてもよい。

本発明による糸のフィラメントおよび／またはステープル繊維の繊度は、好ましくは、フィラメント１本当たり１５ｄｔｅｘ未満、より好ましくは１０ｄｔｅｘ、最も好ましくは５ｄｔｅｘ未満である。これは、このような糸から製造された衣類が非常に優れた耐切創性を示すだけでなく、可撓性も非常に高く、衣類の着心地が高くなるためである。

本発明による耐切創糸の製造にはあらゆる種類のポリマーを使用してもよい。一般に、糸の製造に用いられるあらゆるポリマーの使用が検討対象になる。溶融物として糸に加工されるポリマー、例えばナイロンや熱可塑性ポリエステルを使用することが可能である。しかしながら、好ましくは、溶液として糸に加工されるポリマーが使用される。最も好ましくは、ポリマーのみから製造された糸が既に高水準の耐切創性を有しているポリマーが使用される。このようなポリマーの例としては、アラミド、ＵＨＭｗＰＥ、およびポリベンゾオキサゾールが挙げられる。

これらのポリマーの中でも、好ましくはＵＨＭｗＰＥが使用され、ゲル紡糸法で本発明による糸を製造することが最も好ましい。

ゲル紡糸法は、例えば欧州特許出願第Ａ−０２０５９６０号明細書、欧州特許出願第０２１３２０８Ａ１号明細書、米国特許第４，４１３，１１０号明細書、英国出願公開第２０４２４１４Ａ号明細書、欧州特許第０２００５４７Ｂ１号明細書、欧州特許第０４７２１１４Ｂ１号明細書、国際公開第０１／７３１７３Ａ１号パンフレット、および「最新繊維紡糸技術（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、Ｔ・ナカジマ（Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ）編、ウッドヘッド・パブリッシング社（Ｗｏｏｄｈｅａｄ Ｐｕｂｌ．Ｌｔｄ）（１９９４）、ＩＳＢＮ １−８５５−７３１８２−７ならびにその中に引用されている参考文献に記載されている。ゲル紡糸とは、少なくとも１本のフィラメントを超高分子量ポリエチレンの紡糸溶媒中溶液から紡糸するステップと；得られたフィラメントを冷却することによりゲルフィラメントを形成するステップと；ゲルフィラメントから紡糸溶媒の少なくとも一部を除去するステップと；紡糸溶媒を除去する前、途中、または後に、フィラメントを少なくとも１回の延伸ステップで延伸するステップとを少なくとも含むものと理解される。

本発明による方法においては、ＵＨＭＷＰＥのゲル紡糸に好適な任意の公知の溶媒を使用してもよく、以後、上記溶媒を紡糸溶媒と称する。紡糸溶媒の好適な例としては、脂肪族および脂環式炭化水素（オクタン、ノナン、デカン、パラフィン等、その異性体を含む）；石油留分；鉱油；灯油；芳香族炭化水素（トルエン、キシレン、ナフタレン等、デカリンやテトラリン等のその水素添加誘導体を含む）；ハロゲン化炭化水素（モノクロロベンゼン等）；およびシクロアルカンまたはシクロアルケン（カリーン（ｃａｒｅｅｎ）、フッ素、カンフェン、メンタン、ジペンテン、ナフタレン、アセナフタレン（ａｃｅｎａｐｈｔａｌｅｎｅ）、メチルシクロペンタジエン、トリシクロデカン、１，２，４，５−テトラメチル−１，４−シクロヘキサジエン、フルオレノン、ナフトインダン（ｎａｐｈｔｉｎｄａｎｅ）、テトラメチル−ｐ−ベンゾジキノン、エチルフオレン（ｅｔｈｙｌｆｕｏｒｅｎｅ）、フルオランテン、ナフテノン等）が挙げられる。上に列挙した紡糸溶媒の組合せもＵＨＭＷＰＥのゲル紡糸に使用してもよく、簡素化のため、この溶媒の組合せも同じく紡糸溶媒と称する。本方法は、比較的揮発性の高い、デカリン、テトラリン、および灯油グレード（ｋｅｒｏｓｅｎｅ ｇｒａｄｅ）の数種の溶媒に特に有利であることが見出された。最も好ましい実施形態においては、最適な溶媒はデカリンである。

紡糸溶媒は、蒸発、抽出、または蒸発および抽出手段の組合せによって除去することができる。

好ましくは、本発明による糸の製造に使用されるＵＨＭｗＰＥは、極限粘度（ＩＶ）が少なくとも８ｄｌ／ｇであり、これは、ＰＴＣ−１７９法（ヘラクレス社レビュー（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ Ｉｎｃ．Ｒｅｖ．）１９８２年４月２９日）に従い、１３５℃のデカリン中で、溶解時間を１６時間とし、酸化防止剤であるＤＢＰＣを溶液中２ｇ／ｌの量で用いて測定し、異なる濃度における粘度を濃度ゼロに外挿することにより決定されるものである。

本発明はまた、
ａ）ポリマー粉末またはポリマー顆粒および複数の硬質繊維を混合し、
ｂ）ポリマーおよび複数の硬質繊維の混合を続けながらポリマーを溶融または溶解し、
ｃ）ステップｂ）で得られた混合物から糸を紡糸する
ことによる、本発明による糸の製造方法にも関する。

好ましい方法は、ポリマーを溶解し、そして繊維を含むポリマー溶液を紡糸するものである。

他の好ましい実施形態においては、本方法は、
ａ）ポリマーを溶融または溶解するステップと、
ｂ）溶融ポリマーまたはポリマー溶液を複数の硬質繊維と混合するステップと、
ｃ）ステップｂ）で得られた混合物から糸を紡糸するステップと
を含む。

好ましい方法は、ポリマーを溶解し、そして繊維を含むポリマー溶液を紡糸するものである。

最も好ましくは、耐切創糸を製造する方法は、
ａ）ＵＨＭｗＰＥ粉末および複数の硬質繊維を混合するステップと、
ｂ）ＵＨＭｗＰＥを溶媒中に溶解することによって硬質繊維のＵＨＭｗＰＥ溶液中のスラリーを得るステップと、
ｃ）このスラリーをゲル紡糸法に従い糸に紡糸するステップと
を含む、ＵＨＭｗＰＥ糸をゲル紡糸する方法である。

ステップａ）における混合は、単純にタンブラー内で実施してもよい。その後、ゲル紡糸ＵＨＭｗＰＥ糸を製造するための標準的な設備を用いてもよい。

他の好ましい実施形態においては、ゲル紡糸法は、
ａ）ＵＨＭｗＰＥ粉末を溶媒に溶解するステップと、
ｂ）複数の硬質繊維をステップｂ）で得られた溶液と混合することによって硬質繊維のＵＨＭｗＰＥ溶液中スラリーを得るステップと、
ｃ）このスラリーをゲル紡糸法に従い糸に紡糸するステップと
を含む。この方法には標準的な設備、好ましくは二軸押出機を使用してもよく、第１部分においてポリマーを溶媒に溶解し、この第１部分の末端部で別の供給口から繊維を押出機に供給する。

上述の方法で得られた糸をステープル繊維に切断することおよびこのステープル繊維を糸に加工することも可能である。

本発明の範囲には、いわゆる複合糸およびこのような糸を含む製品も包含される。このような複合糸は、例えば、複数の硬質繊維を含むフィラメントおよび／またはステープル繊維を含む１本以上の単糸、ならびにガラス、金属、もしくはセラミックの糸（ｙａｒｎ）、線（ｗｉｒｅ）もしくは撚り糸（ｔｈｒｅａｄ）の１本以上のさらなる単糸を含む。複合糸の例としては、金属線からなる芯の周囲に撚られた本発明による単糸を含む糸がある。

本発明による耐切創糸を含む耐切創布帛は、編成、織成、または従来の設備を用いた他の方法により製造してもよい。不織布を製造することも可能である。本発明による糸を含む布帛は、硬質繊維を含まない糸から製造された同じ布帛と比較して、Ａｓｈｌａｎｄ Ｃｕｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｔｅｓｔによって測定された耐切創性が２０％高くなり得る。好ましくは、布帛の耐切創性は、少なくとも５０％高く、より好ましくは少なくとも１００％高く、よりさらに好ましくは少なくとも１５０％高い。

本発明による耐切創糸は、食肉産業、金属産業、および木材産業に従事する人を切創から防護することを目的とした衣類等のあらゆる種類の製品に好適に使用される。このような衣類の例としては、手袋、前掛け、ズボン、手首カバー、腕カバー等が挙げられる。それ以外に可能な用途としては、トラックのサイドカーテンおよびターポリン、ソフトタイプの旅行かばん（ｓｏｆｔ ｓｉｄｅｄ ｌｕｇｇａｇｅ）、市販の家具用布地（ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｕｐｈｏｌｓｔｅｒｙ）、空輸貨物コンテナ用仕切り、消防用ホースの外被等が挙げられる。

意外なことに、本発明による糸は、突刺しによる負傷（例えば、ナイフやアイスピックによるもの）から防護するための製品に使用するのにも非常に好適である。このような製品の例が、警察官が生命保護のために使用するベストである。

好ましくは、このような構造体において、本発明による糸は、構造体が突刺しに用いられる鋭利な物体に最初に接触するであろう構造体の面に配置される。

［実施例］
［比較実験Ａ］
ＩＶが２７．０ｄｌ／ｇのＵＨＭｗＰＥをデカリンに９重量％の濃度で溶解した。こうして得られた溶液を、歯車式ポンプを備えるスクリュー径が２５ｍｍの二軸押出機に供給した。このようにして溶液を１８０℃の温度に加熱した。この溶液をそれぞれの孔径が１ミリメートルの６４個の孔を有する紡糸口金を通過させるようにポンプ供給した。こうして得られたフィラメントを全体で８０倍に延伸し、熱風オーブンで乾燥した。フィラメントを乾燥した後、束ねて糸とし、ボビンに巻き取った。

次いで、この糸を編成して、２６０グラム毎平方メートルの布帛とした。この布帛の耐切創性をＡＳＴＭ１７９０に従い試験した。切断に要する力を測定した。結果を表１に示す。

［実施例１］
商品名ＲＢ２１５−ロクサル（Ｒｏｘｕｌ）（商標）１０００で販売されている鉱物繊維を５重量％および比較実験Ａで用いたＵＨＭＷＰＥを９５重量％からなるドライブレンドをタンブラーで生成させた。鉱物繊維の平均径は５．５ミクロンであった。比較実験Ａで製造した糸と同様にして、本発明による糸をドライブレンドから製造した。

次いで、糸を編成して２６０グラム毎平方メートルの布帛とした。この布帛の耐切創性をＡＳＴＭ１７９０に従い試験した。切断に要する力を測定した。結果を表１に示す。

［実施例２］
鉱物繊維を７重量％およびＵＨＭｗＰＥを９３重量％からなるドライブレンドを用いたことを除いて実施例１を繰り返した。

［実施例３］
鉱物繊維を９重量％およびＵＨＭｗＰＥを９１重量％からなるドライブレンドを用いたことを除いて実施例１を繰り返した。

［実施例４］
鉱物繊維を１１重量％およびＵＨＭｗＰＥを８９重量％からなるドライブレンドを用いたことを除いて実施例１を繰り返した。

［実施例５］
比較実験Ａで使用した商品名ＲＢ２１５−ロクサル（商標）１０００として販売されている鉱物繊維を７重量％およびＵＨＭＷＰＥを９３重量％からなるドライブレンドをタンブラーで生成させた。比較実験Ａで糸を製造したのと同様にして本発明による糸をこのドライブレンドから製造した。

次いで、この糸を高温で２．５倍に延伸し、同じくボビンに巻き取った。

次いで、この糸を編成して２６０グラム毎平方メートルの布帛とした。ＡＳＴＭ１７９０に従い布帛の耐切創性を試験した。切断に要する力を測定した。結果を表１に示す。

Claims (13)

1. フィラメントおよび／またはステープル繊維を含む耐切創糸であって、前記フィラメントおよび／またはステープル繊維が、前記糸の耐切創性を改善するための硬質成分を含む糸において、
   前記硬質成分が、平均径が最大２５μｍの複数の硬質繊維であり、前記硬質繊維が、ガラス、鉱物、または金属から製造されており、前記硬質繊維の少なくとも一部のアスペクト比が少なくとも３である、糸。
2. 前記硬質繊維の平均径が、最大２０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の糸。
3. 前記糸が、前記硬質繊維を０．１〜２０体積％含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の糸。
4. 前記硬質繊維が、紡糸繊維であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の糸。
5. 前記糸を製造するためのポリマーとして、超高分子量ポリエチレンが使用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の糸。
6. 前記硬質繊維の製造に使用される材料が、少なくとも２．５のモース硬度を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の糸。
7. 前記フィラメントおよび／またはステープル繊維の繊度が、フィラメント１本当たり１５ｄｔｅｘ未満である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の糸。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の糸の一本以上の単糸、及びさらにガラス、金属もしくはセラミックの糸、線もしくは撚り糸の一本以上の単糸を含む複合糸。
9. 金属線からなる芯の周囲に撚られた請求項１〜７のいずれか一項に記載の糸の単糸を含む、請求項８に記載の複合糸。
10. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の糸、または請求項８もしくは９に記載の複合糸を含む布帛。
11. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の糸、または請求項８もしくは９に記載の複合糸を含む製品。
12. 前記製品が、人体を切創から防護するための衣類である、または突刺しによる負傷から防護するために用いられることを特徴とする、請求項１１に記載の製品。
13. 前記製品が、手袋、前掛け、ズボン、手首カバー、腕カバー、トラックのサイドカーテンおよびターポリン、ソフトタイプの旅行かばん、家具用布地、空輸貨物コンテナ用仕切り及び消防用ホースの外被からなる群より選択される、請求項１１に記載の製品。