JP5467399B2 - Manufacturing method of “thread made of polymer nanofiber” - Google Patents
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Description
本発明は「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法に関する。なお、本発明において、ナノ繊維とは、平均直径が１０００ｎｍ程度又はそれ以下の繊維のことをいう。 The present invention relates to a method for producing “yarns composed of polymer nanofibers”. In the present invention, the nanofiber means a fiber having an average diameter of about 1000 nm or less.
「高分子ナノ繊維からなる糸」はナノ繊維が集合して糸状になったものであり、極めて大きい比表面積及び高い強度を有する。このため、「高分子ナノ繊維からなる糸」は、空気清浄用フィルター、各種産業用フィルター、ワイピングクロース、おむつ、人工皮革、人工透析用フィルター、人工血管、人工骨などに用いることができる。 “Threads made of polymer nanofibers” are nanofibers gathered into a thread shape, and have a very large specific surface area and high strength. Therefore, the “thread made of polymer nanofibers” can be used for air cleaning filters, various industrial filters, wiping cloths, diapers, artificial leather, artificial dialysis filters, artificial blood vessels, artificial bones, and the like.
従来、「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法として、以下のような「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、電界紡糸法（エレクトロスピニング法ということもある。）によって製造した高分子ナノ繊維を帯状に切断して、高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を製造する。そして、当該帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて延伸することにより「高分子ナノ繊維からなる糸」（連続フィラメント）を製造するというものである。 Conventionally, as a method for producing “yarn made of polymer nanofiber”, the following method for producing “yarn made of polymer nanofiber” is known (for example, see Patent Document 1). That is, polymer nanofibers manufactured by an electrospinning method (also referred to as electrospinning method) are cut into strips to manufacture a strip-shaped nonwoven fabric made of polymer nanofibers. The strip-shaped non-woven fabric is passed through a twisted yarn device and stretched to produce a “yarn made of polymer nanofibers” (continuous filament).
図１３に示す従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、別途の紡績工程を行わなくても、電界紡糸法によって製造された高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を用いて、高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することができる。 According to the conventional method for producing “yarns composed of polymer nanofibers” shown in FIG. 13, a belt-shaped nonwoven fabric composed of polymer nanofibers manufactured by electrospinning is used without performing a separate spinning step. A high-strength “thread made of polymer nanofiber” can be produced.
しかしながら、産業界においては、より高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することのできる製造方法が望まれている。 However, in the industrial world, there is a demand for a production method capable of producing a higher-strength “yarn made of polymer nanofibers”.
そこで、本発明は、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能な「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a “yarn made of polymer nanofiber” that can produce a “yarn made of polymer nanofiber” having higher strength than the conventional method of producing “yarn made of polymer nanofiber”. An object is to provide a manufacturing method.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意努力を重ねた結果、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維内部に高強度のナノ構造物が分散された高分子ナノ繊維を使用して「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することとすれば、当該「高分子ナノ繊維からなる糸」においては、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっているため高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となることを見出した。 As a result of intensive efforts to achieve the above object, the inventors of the present invention have developed a polymer nano-particle in which high-strength nanostructures are dispersed inside a polymer nano-fiber that constitutes a “thread made of polymer nano-fiber”. If a “thread made of polymer nanofiber” is manufactured using fibers, the “strand made of polymer nanofiber” has a tensile strength of the polymer nanofiber itself even if tensile stress is applied. It has been found that a high-strength “yarn made of polymer nanofibers” can be produced due to the increased height.
［１］すなわち、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、内部にナノ構造物が分散された高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を製造する第１工程と、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて延伸し前記帯状不織布から高強度化された「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する第２工程とをこの順序で含むことを特徴とする。 [1] That is, the manufacturing method of the “thread composed of polymer nanofibers” of the present invention includes a first step of manufacturing a strip-shaped nonwoven fabric composed of polymer nanofibers having nanostructures dispersed therein, and the strip-shaped nonwoven fabric. And a second step of producing a “yarn made of polymer nanofibers” which is stretched by passing it through a twisted yarn device and made stronger from the strip-shaped nonwoven fabric in this order.
このため、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成する高分子ナノ繊維内部に高強度のナノ構造物が分散された高分子ナノ繊維を使用して「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造するため、当該「高分子ナノ繊維からなる糸」においては、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっているため高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となる。 For this reason, according to the manufacturing method of the “thread made of polymer nanofiber” of the present invention, a high-strength nanostructure was dispersed inside the polymer nanofiber constituting the “thread made of polymer nanofiber”. In order to produce “threads made of polymer nanofibers” using polymer nanofibers, the “threads made of polymer nanofibers” have the tensile strength of the polymer nanofibers themselves even when tensile stress is applied. Since it is high, high-strength “yarns made of polymer nanofibers” can be produced.
また、高分子ナノ繊維表面にナノ構造物が付着することにより、高分子ナノ繊維の高強度化以外に、触媒機能、導電機能、電磁吸収機能などの機能を「ナノ繊維からなる糸」に付与することも可能となる。 In addition to increasing the strength of polymer nanofibers, nanostructures are attached to the surface of polymer nanofibers, and functions such as catalytic function, conductive function, and electromagnetic absorption function are added to “nanofiber yarns”. It is also possible to do.
なお、本発明「ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、ナノ構造物とはナノメートルオーダーの構造物のことを言い、金属ナノ微粒子、後述するカーボンナノ構造物などを好ましく例示できる。 In the method for producing “a yarn comprising nanofibers” of the present invention, the nanostructure refers to a nanometer-order structure, and preferred examples include metal nanoparticle, carbon nanostructure described later.
金属ナノ微粒子としては、光触媒機能を持つＴｉＯ２ナノ微粒子、導電性を持つＩＴＯ（インジウムすず酸化物）ナノ微粒子、磁性体微粒子であるＦｅ３Ｏ４やγ−Ｆｅ２Ｏ３のナノ微粒子、染料（弁柄）として用いられているα−Ｆｅ２Ｏ３ナノ微粒子などを好ましく例示できる。 Examples of metal nanoparticles include TiO 2 nanoparticles having photocatalytic function, ITO (indium tin oxide) nanoparticles having conductivity, nanoparticles of Fe 3 O 4 and γ-Fe 2 O 3 which are magnetic particles, dyes Preferred examples include α-Fe 2 O 3 nanoparticle used as (valve).
［２］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記ナノ構造物がカーボンナノ構造物であることが好ましい。 [2] In the method for producing a “thread made of polymer nanofiber” according to the present invention, the nanostructure is preferably a carbon nanostructure.
このような方法とすることにより、軽量でより高強度な「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することができる。 By adopting such a method, it is possible to produce a lighter and higher-strength “thread made of polymer nanofibers”.
なお、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、「カーボンナノ構造物」とは、ほぼ炭素元素のみにより構成されたナノメートルオーダーの構造体のことを言い、グラファイト構造を持つシートであるグラフェンシート、１つのグラフェンシートが筒状になった単層カーボンナノチューブ、２つ以上のグラフェンシートが筒状に層をなしている多層カーボンナノチューブ、ナノメートルサイズの直径を持つカーボン繊維が直径１０００ｎｍ以内でらせん状になったカーボンナノコイル、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンナノカプセルなどを好ましく例示できる。 In the method for producing “threads composed of polymer nanofibers” of the present invention, “carbon nanostructure” refers to a nanometer-order structure substantially composed of only carbon elements, and has a graphite structure. Graphene sheet that is a sheet, single-walled carbon nanotubes in which one graphene sheet is formed into a cylindrical shape, multi-walled carbon nanotubes in which two or more graphene sheets are formed into a cylindrical shape, and carbon fibers having a nanometer-sized diameter Can be preferably exemplified by carbon nanocoils, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon nanocapsules and the like which are spirally formed within a diameter of 1000 nm.
［３］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記第２工程において、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて延伸及び弱い加熱を行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することが好ましい。 [3] In the method for producing a “yarn comprising polymer nanofibers” of the present invention, in the second step, the polymer nanofibers are stretched and weakly heated while passing the band-shaped nonwoven fabric through a twisting device. It is preferable to produce a "yarn consisting of".
このような方法とすることにより、高分子ナノ繊維中に分散したナノ構造物を高分子ナノ繊維の延伸軸と略平行の方向に配向させて高分子ナノ繊維をさらに強化することが可能であり、その結果、さらに高強度な「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。なお、本発明において、「弱い加熱」とは、帯状不織布を構成する高分子ナノ繊維のガラス転移温度付近の温度で加熱を行うことをいう。 By adopting such a method, it is possible to further strengthen the polymer nanofibers by orienting the nanostructures dispersed in the polymer nanofibers in a direction substantially parallel to the stretching axis of the polymer nanofibers. As a result, it is possible to manufacture “yarn made of polymer nanofibers” with higher strength. In the present invention, “weak heating” refers to heating at a temperature near the glass transition temperature of the polymer nanofibers constituting the belt-shaped nonwoven fabric.
［４］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記第２工程実施後、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に紫外線を照射して前記高分子ナノ繊維を構成する高分子の架橋処理を行うことにより前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第３工程をさらに含むことが好ましい。 [4] In the method for producing “yarns composed of polymer nanofibers” of the present invention, after the second step, the “polymers composed of polymer nanofibers” are twisted and drawn while being twisted and stretched. It further includes a third step of increasing the strength of the “thread made of polymer nanofiber” by irradiating ultraviolet rays to the “thread made of nanofiber” to perform a crosslinking treatment of the polymer constituting the polymer nanofiber. It is preferable.
このような方法とすることにより、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が高くなっているため、上記［１］〜［３］に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合と同様、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。 By adopting such a method, even if tensile stress is applied, the tensile strength of the polymer nanofiber itself is increased. Therefore, the “thread made of polymer nanofiber” according to the above [1] to [3] As in the case of the above production method, it is possible to produce a “yarn made of polymer nanofiber” having higher strength than the conventional method of producing a “yarn made of polymer nanofiber”.
また、架橋処理を実施して高分子が硬化することにより、ナノ構造物が高分子ナノ繊維内部でより強く固定化されるため、より一層高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。 In addition, since the polymer is cured by cross-linking treatment, the nanostructures are more strongly fixed inside the polymer nanofibers, producing even higher-strength “threads made of polymer nanofibers”. It becomes possible.
［５］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して前記高分子ナノ繊維同士を部分的に結合する部分結合処理を行うことにより前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第３工程とをこの順序でさらに含むことが好ましい。 [5] In the method for producing the “yarn made of polymer nanofiber” of the present invention, the “yarn made of polymer nanofiber” while twisting and stretching the “yarn made of polymer nanofiber”. And a third step of increasing the strength of the “thread made of polymer nanofibers” by performing a partial bonding process for partially bonding the polymer nanofibers by heating the polymer nanofibers in this order. preferable.
このような方法とすることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して高分子ナノ繊維同士を部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、当該部分結合処理後の「高分子ナノ繊維からなる糸」においては、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維同士に滑りが生じ難くなり、その結果、従来の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となる By adopting such a method, while twisting and stretching the “polymer nanofiber”, the “polymer nanofiber” is heated to partially bond the polymer nanofibers together. Since it is supposed to perform a partial bonding process, in the “thread made of polymer nanofibers” after the partial bonding process, even when tensile stress is applied, it is difficult for the polymer nanofibers to slip. High-strength “yarns made of polymer nanofibers” can be manufactured compared to the manufacturing method of “yarns made of polymer nanofibers”.
また、「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して高分子ナノ繊維同士を部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、「高分子ナノ繊維からなる糸」全体で高分子ナノ繊維が溶融して単繊維からなる糸になったり、高分子ナノ繊維同士が接触している部位のすべてが結合して「高分子ナノ繊維からなる糸」が剛直化してしまったりすることはなく、それゆえ、「高分子ナノ繊維からなる糸」中に存在するナノレベルの凹凸構造による極めて大きな比表面積及び「高分子ナノ繊維からなる糸」のしなやかさを維持したまま、「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 In addition, while twisting and stretching the “polymer nanofibers”, the “polymer nanofibers” are heated to perform a partial bonding process to partially bond the polymer nanofibers. Therefore, the entire polymer nanofiber melts into a single fiber yarn, or all the parts where the polymer nanofibers are in contact with each other “Threads made of molecular nanofibers” do not become stiff, and therefore, a very large specific surface area and “polymer nanofibers” due to nano level uneven structure present in “threads made of polymer nanofibers”. It is possible to increase the strength of the “yarn made of polymer nanofiber” while maintaining the flexibility of the “yarn made of”.
なお、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、「高分子ナノ繊維同士を部分的に結合する」とは、高分子ナノ繊維同士が接触している箇所についての全部ではなく一部が結合することをいう。 In the method for producing a “thread made of polymer nanofibers” according to the present invention, “partially binding polymer nanofibers” means that all of the portions where the polymer nanofibers are in contact with each other. It means that a part is combined.
［６］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対してレーザー光を照射するレーザー照射処理により行うことが好ましい。 [6] In the method for producing a “thread made of polymer nanofiber” according to the present invention, the partial binding treatment is performed by a laser irradiation process for irradiating the “thread made of polymer nanofiber” with a laser beam. It is preferable.
このような方法とすることにより、レーザー照射の照射強度、照射範囲、照射位置その他の照射条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 By appropriately controlling the irradiation intensity, irradiation range, irradiation position, and other irradiation conditions of the laser irradiation by using such a method, the degree to which the polymer nanofibers are partially bonded to each other, the density of the bonding points, By adjusting the degree of dispersion of the bonding points, etc., it is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber” under appropriate conditions.
［７］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記レーザー照射処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」の平均直径の２倍以下の直径を有するビームスポットに絞ったレーザー光を用いて行うことが好ましい。 [7] In the method for producing a “thread made of polymer nanofiber” according to the present invention, the laser irradiation treatment is performed with a beam spot having a diameter that is not more than twice the average diameter of the “thread made of polymer nanofiber”. It is preferable to use a laser beam focused on.
このような方法とすることにより、効率良く「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 By adopting such a method, it is possible to efficiently increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber”.
［８］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記レーザー照射処理を、レーザー光を所定の手順に従って走査しながら行うことが好ましい。 [8] In the method for producing a “thread made of polymer nanofiber” according to the present invention, the laser irradiation treatment is preferably performed while scanning with laser light according to a predetermined procedure.
このような方法とすることにより、レーザー照射の照射位置を走査しながら、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 By adopting such a method, it is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber” under appropriate conditions while scanning the irradiation position of laser irradiation.
例えば、レーザー光を「高分子ナノ繊維からなる糸」の延伸軸に沿った方向に走査すれば、「高分子ナノ繊維からなる糸」の延伸軸に沿った方向に部分結合処理を行うことが可能となる。 For example, if a laser beam is scanned in a direction along the stretching axis of “polymer nanofiber”, partial bonding treatment can be performed in a direction along the stretching axis of “polymer nanofiber”. It becomes possible.
また、２本以上の「高分子ナノ繊維からなる糸」を並列に配置し、すべての「高分子ナノ繊維からなる糸」を交差するようにレーザー光を走査すれば、１つのレーザー光により２本以上の「高分子ナノ繊維からなる糸」に部分結合処理を行うことが可能となる。 Further, if two or more “threads made of polymer nanofibers” are arranged in parallel and the laser beam is scanned so as to cross all the “threads made of polymer nanofibers”, two laser beams can be obtained by one laser beam. It becomes possible to perform partial bonding treatment on more than “high-molecular nanofibers”.
［９］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記レーザー照射処理を、所定の周期又はデューティ比を持ったパルス状レーザー光を用いて間欠的に行うことが好ましい。 [9] In the method for producing a “thread made of polymer nanofiber” according to the present invention, the laser irradiation treatment is preferably performed intermittently using pulsed laser light having a predetermined period or duty ratio. .
このような方法とすることにより、前記レーザー照射処理を間欠的に行えば、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 By adopting such a method, if the laser irradiation treatment is intermittently performed, it is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber” under appropriate conditions.
パルス周期又はデューティ比を調整することにより、特に、「高分子ナノ繊維からなる糸」に形成される部分結合の密度を調整することができる。 By adjusting the pulse period or duty ratio, in particular, the density of partial bonds formed in the “yarn made of polymer nanofiber” can be adjusted.
パルス光の周期を短くする、または、デューティ比を大きくしてレーザー照射を行うことにより、高密度に部分結合を形成することが可能となる。逆に、パルス光の周期を長くする、かつ、デューティ比を小さくしてレーザー照射を行うことにより、低密度に部分結合を形成することが可能となる。 By shortening the period of the pulsed light or increasing the duty ratio and performing laser irradiation, partial coupling can be formed with high density. On the contrary, partial coupling can be formed at low density by increasing the period of the pulsed light and performing laser irradiation with a reduced duty ratio.
［１０］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記レーザー照射処理を、２つ以上のレーザー光を用いて行うことが好ましい。 [10] In the method for producing a “thread made of polymer nanofiber” according to the present invention, the laser irradiation treatment is preferably performed using two or more laser beams.
このような方法とすることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」のより多くの面にレーザー光を照射できるようになるため、「高分子ナノ繊維からなる糸」に対してレーザー照射処理をより均一に行うことができる。 By adopting such a method, it becomes possible to irradiate more surfaces of “polymer nanofibers” with laser light. Therefore, laser irradiation treatment is applied to “polymer nanofibers”. It can be performed more uniformly.
［１１］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して熱風を照射する熱風照射処理により行うことが好ましい。 [11] In the method for producing a “polymer nanofiber yarn” according to the present invention, the partial binding treatment is performed by a hot air irradiation treatment that irradiates the “polymer nanofiber yarn” with hot air. Is preferred.
このような方法とすることによっても、上記［５］に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合と同様に、熱風照射の照射強度、照射範囲、照射位置その他の照射条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 By adopting such a method, the irradiation intensity, irradiation range, irradiation position, and other irradiation conditions of hot air irradiation are the same as in the case of the method for producing the “polymer nanofiber yarn” described in [5] above. By appropriately controlling the degree to which the polymer nanofibers are partially bonded to each other, adjusting the density of the bonding points, the degree of dispersion of the bonding points, etc. It is possible to increase the strength.
［１２］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、リング状ヒーターに前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を通過させることにより行うことが好ましい。 [12] In the method for producing a “polymer nanofiber” yarn of the present invention, it is preferable that the partial bonding treatment is performed by passing the “polymer nanofiber yarn” through a ring heater. .
このような方法とすることによっても、リング状ヒーターの温度、加熱領域の長さ、「高分子ナノ繊維からなる糸」の通過速度その他の加熱条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 By adopting such a method as well, by appropriately controlling the temperature of the ring heater, the length of the heating region, the passing speed of the “thread made of polymer nanofiber” and other heating conditions, It is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofibers” under appropriate conditions by adjusting the degree of partial bonding, the density of bonding points, the degree of dispersion of bonding points, and the like.
リング状ヒーターとしては、「高分子ナノ繊維からなる糸」が通過する領域を囲む位置にヒーターが配置された電気炉、「高分子ナノ繊維からなる糸」が通過する領域を囲む位置に赤外線源が配置された赤外線炉、半導体製造などに用いられる拡散炉を好ましく例示することができる。 The ring-shaped heater includes an electric furnace in which a heater is disposed at a position surrounding a region through which a “polymer nanofiber yarn” passes, and an infrared ray source at a position surrounding a region through which a “polymer nanofiber yarn” passes. A diffusion furnace used for manufacturing an infrared furnace, a semiconductor, etc. can be preferably exemplified.
「高分子ナノ繊維からなる糸」がリング状ヒーターの加熱領域を通過する時間は、加熱領域の長さを調整することによっても、「高分子ナノ繊維からなる糸」の通過速度を調整することによっても、またはそれら両方を調整することによっても可能である。 The time for the "thread made of polymer nanofiber" to pass through the heating area of the ring heater can also adjust the passing speed of the "thread made of polymer nanofiber" by adjusting the length of the heating area. Or by adjusting both.
［１３］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して光又は赤外線を集光して照射する急速加熱処理により行うことが好ましい。 [13] In the method for producing a “thread made of polymer nanofiber” according to the present invention, the partial binding treatment is performed by condensing light or infrared rays onto the “thread made of polymer nanofiber”. It is preferable to perform the heat treatment.
このような方法とすることによっても、急速加熱処理の条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 Even by adopting such a method, the degree to which the polymer nanofibers are partially bonded, the density of bonding points, the degree of dispersion of bonding points, and the like are adjusted by appropriately controlling the conditions of the rapid heat treatment. Thus, it is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber” under appropriate conditions.
［１４］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記第１工程においては、前記帯状不織布として、前記部分結合処理を促進可能な添加塩を加えた帯状不織布を製造することが好ましい。 [14] In the method for producing a “thread composed of polymer nanofibers” according to the present invention, in the first step, as the belt-like nonwoven fabric, a belt-like nonwoven fabric added with an additive salt capable of promoting the partial binding treatment is produced. It is preferable to do.
このような方法とすることにより、高分子ナノ繊維を構成する高分子材料のガラス転移温度を低下するため、高分子ナノ繊維同士が結合し易くなり、部分結合処理を一層容易に行うことが可能となり、より一層高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。 By adopting such a method, the glass transition temperature of the polymer material constituting the polymer nanofiber is lowered, so that the polymer nanofibers are easily bonded to each other, and the partial bonding process can be performed more easily. Thus, it becomes possible to produce “yarn made of polymer nanofiber” with higher strength.
なお、添加塩としては、例えばＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏを好ましく例示することができる。 As the addition salts, it can be preferably exemplified, for example, FeSO 4 · 7H 2 O.
［１５］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記第１工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことによりナノ構造物を分散した高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程とをこの順序で含むことが好ましい。 [15] In the method for producing a “yarn comprising polymer nanofibers” according to the present invention, the first step includes nanostructures by performing electrospinning in a state where a high voltage is applied between the collector and the nozzle. It is preferable to include a step of manufacturing a sheet-like nonwoven fabric from a polymer material solution or a molten polymer material in which an object is dispersed and a step of cutting the sheet-like nonwoven fabric to manufacture the belt-like nonwoven fabric in this order.
このような方法とすることにより、内部にナノ構造物が付着された高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。 By setting it as such a method, it becomes possible to manufacture efficiently the strip-shaped nonwoven fabric which consists of a polymer nanofiber to which the nanostructure was attached inside with high productivity.
［１６］本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、前記第１工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクターが形成された「ドラム状コレクター」における前記コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、ナノ構造物を分散した高分子材料溶液又は溶融高分子材料から前記高分子ナノ繊維を前記コレクター上に堆積し、前記高分子ナノ繊維からなる前記帯状不織布を製造する工程であることが好ましい。 [16] In the method for producing a “thread made of polymer nanofiber” according to the present invention, the first step is a “drum-shaped collector” in which a belt-shaped collector extending in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the drum. The polymer nanofibers are deposited on the collector from a polymer material solution or a molten polymer material in which nanostructures are dispersed by performing electrospinning in a state where a high voltage is applied between the collector and the nozzle. And it is a process of manufacturing the said strip | belt-shaped nonwoven fabric which consists of the said polymer nanofiber.
このような方法とすることによっても、内部にナノ構造物が付着された高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。また、不織布を切断する工程が不要となる。 Also by such a method, it becomes possible to manufacture efficiently the strip-shaped nonwoven fabric which consists of a polymer nanofiber with the nanostructure adhered inside with high productivity. Moreover, the process of cut | disconnecting a nonwoven fabric becomes unnecessary.
以下、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the “thread made of polymer nanofiber” of the present invention will be described based on the embodiments shown in the drawings.
［実施形態１］
図１及び図２は、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における各工程を説明するために示す図である。このうち、図１は実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における第１工程を説明するために示す図であり、図２は第２工程を説明するために示す図である。図１（ａ）は電界紡糸装置１００を用いて高分子ナノ繊維１２からなるシート状不織布１４を製造する様子を示す図であり、図１（ｂ）はシート状不織布１４を切断して帯状不織布１６を製造する様子を示す図である。図２（ａ）は帯状不織布１６を撚り糸装置２００を通過させて「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造する様子を示す図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams for explaining each step in the method for producing “yarn made of polymer nanofiber” according to the first embodiment. Among these, FIG. 1 is a figure shown in order to demonstrate the 1st process in the manufacturing method of the "thread consisting of polymer nanofiber" concerning Embodiment 1, and Drawing 2 is a figure shown in order to explain the 2nd process It is. FIG. 1A is a view showing a state where a sheet-like nonwoven fabric 14 made of polymer nanofibers 12 is manufactured using an electrospinning apparatus 100, and FIG. It is a figure which shows a mode that 16 is manufactured. FIG. 2A is a diagram showing a state in which “a yarn 18 made of polymer nanofibers” is manufactured by passing the belt-shaped nonwoven fabric 16 through the twisting yarn device 200.
実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、図１及び図２に示すように、内部にカーボンナノ構造物１１が分散された高分子ナノ繊維１２からなる帯状不織布１６を製造する第１工程と、帯状不織布１６を撚り糸装置２００内に通過させて帯状不織布１６から「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造する第２工程とこの順序で含む。以下、製造工程に従って、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を詳細に説明する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the manufacturing method of “yarn made of polymer nanofibers” according to Embodiment 1 is a strip-shaped nonwoven fabric 16 made of polymer nanofibers 12 in which carbon nanostructures 11 are dispersed. And a second step of manufacturing the “thread 18 made of polymer nanofibers” from the strip-shaped nonwoven fabric 16 by passing the strip-shaped nonwoven fabric 16 through the twisted yarn device 200. Hereinafter, according to a manufacturing process, the manufacturing method of "the thread | yarn which consists of polymer nanofibers" concerning Embodiment 1 is demonstrated in detail.
（１）第１工程
第１工程は、原料タンク１０２にカーボンナノ構造物１１を分散した高分子原料溶液１０を供給し、コレクター１０８とノズル１０６との間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液からシート状不織布１４を製造する工程と、シート状不織布１４を切断して帯状不織布１６を製造する工程とをこの順序で含む。
(1) First Step In the first step, the polymer raw material solution 10 in which the carbon nanostructures 11 are dispersed is supplied to the raw material tank 102, and an electric field is applied with a high voltage applied between the collector 108 and the nozzle 106. A step of producing the sheet-like nonwoven fabric 14 from the polymer material solution by spinning and a step of producing the belt-like nonwoven fabric 16 by cutting the sheet-like nonwoven fabric 14 are included in this order.
まず、シート状不織布１４を製造する工程は、以下のようにして行う。すなわち、図１（ａ）に示すように、電界紡糸装置１００に備え付けられた原料タンク１０２に高分子ナノ繊維１２の原料となるカーボンナノ構造物１１を分散した高分子材料溶液１０を充填しバルブ１０４を開けノズル１０６に原料供給可能な状態とする。高圧電源１１０を用いてノズル１０６とコレクター１０８との間に高電圧を印加することによりノズル１０６とコレクター１０８との間の空間にカーボンナノ構造物が分散された高分子ナノ繊維１２が紡糸され、ノズル１０６とコレクター１０８との間に生じる電界により高分子ナノ繊維１２がコレクター１０８へ堆積し、高分子ナノ繊維１２からなるシート状の不織布１４が製造される。 First, the process of manufacturing the sheet-like nonwoven fabric 14 is performed as follows. That is, as shown in FIG. 1 (a), a raw material tank 102 provided in an electrospinning apparatus 100 is filled with a polymer material solution 10 in which carbon nanostructures 11 as raw materials for polymer nanofibers 12 are dispersed, and a valve 104 is opened so that the raw material can be supplied to the nozzle 106. By applying a high voltage between the nozzle 106 and the collector 108 using the high-voltage power supply 110, the polymer nanofibers 12 in which carbon nanostructures are dispersed in the space between the nozzle 106 and the collector 108 are spun, The polymer nanofibers 12 are deposited on the collector 108 by the electric field generated between the nozzle 106 and the collector 108, and the sheet-like nonwoven fabric 14 made of the polymer nanofibers 12 is manufactured.
シート状の不織布１４の厚さは、例えば５μｍ〜５０μｍである。高分子ナノ繊維の平均直径は、例えば３００ｎｍ〜８００ｎｍである。なお、電界紡糸装置１００は、図示はしていないが、ナノ繊維を連続して巻き取る機構を有しており、長尺のシート状の不織布１４が製造される。 The thickness of the sheet-like nonwoven fabric 14 is, for example, 5 μm to 50 μm. The average diameter of the polymer nanofiber is, for example, 300 nm to 800 nm. Although not shown, the electrospinning apparatus 100 has a mechanism for continuously winding nanofibers, and a long sheet-like nonwoven fabric 14 is manufactured.
原料として用いる高分子材料としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリ乳酸グリコール酸（ＰＬＧＡ）などを用いることができる。用途に応じて最適なものを選択すればよい。 Polymer materials used as raw materials include polypropylene (PP), polyvinyl acetate (PVAc), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide (PA), polyurethane (PUR) Polyvinyl alcohol (PVA), polyacrylonitrile (PAN), polyetherimide (PEI), polycaprolactone (PCL), polylactic acid (PLA), polylactic glycolic acid (PLGA), and the like can be used. What is necessary is just to select an optimal thing according to a use.
高分子ナノ繊維内部に分散するカーボンナノ構造物としては、グラフェンシート、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンナノカプセルなどを用いることができる。用途に応じて最適なものを選択することができる。 As the carbon nanostructure dispersed inside the polymer nanofiber, a graphene sheet, a single-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube, a carbon nanocoil, a carbon nanofiber, a carbon nanohorn, a carbon nanocapsule, or the like can be used. The optimum one can be selected according to the application.
電界紡糸装置１００を用いてシート状不織布を製造する際に、ノズル１０６とコレクター１０８の間に印加する電圧は、ノズル１０６とコレクター１０８の距離や用いる原料などにより異なるが、数ｋＶ〜数１０ｋＶである。高分子原料や電界紡糸装置１００の構造に応じて適宜最適な値を選択することができる。 When a sheet-like nonwoven fabric is manufactured using the electrospinning apparatus 100, the voltage applied between the nozzle 106 and the collector 108 varies depending on the distance between the nozzle 106 and the collector 108, the raw material used, etc., but is several kV to several tens kV. is there. An optimal value can be selected as appropriate according to the polymer raw material and the structure of the electrospinning apparatus 100.
次に、帯状不織布１６を製造する工程は、以下のようにして行う。すなわち、図１（ｂ）に示すように、シート状不織布１４を１〜１００ｍｍ程度の幅に切断し撚糸可能な帯状不織布１６を製造する。 Next, the process of manufacturing the strip-shaped nonwoven fabric 16 is performed as follows. That is, as shown in FIG.1 (b), the sheet-like nonwoven fabric 14 is cut | disconnected to the width | variety of about 1-100 mm, and the strip | belt-shaped nonwoven fabric 16 which can be twisted is manufactured.
図１（ｂ）の符号Ｒ１で示す領域を拡大すると、帯状不織布１６は高分子ナノ繊維１２が堆積して構成されていることがわかる。また、符号Ｒ２に示す領域にある高分子ナノ繊維１２の断面を見ると、高分子ナノ繊維内部にカーボンナノ構造物が分散して存在していることがわかる。 When the area | region shown by the code | symbol R1 of FIG.1 (b) is expanded, it turns out that the strip | belt-shaped nonwoven fabric 16 is comprised by the polymer nanofiber 12 depositing. Moreover, when the cross section of the polymer nanofiber 12 in the area | region shown by the code | symbol R2 is seen, it turns out that the carbon nanostructure is disperse | distributed inside polymer nanofiber.
（２）第２工程
第２工程は、帯状不織布１６を撚り糸装置２００内に通過させて帯状不織布１６から「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造する工程である。すなわち、図２（ａ）に示すように、第１工程で製造した帯状不織布１６を主撚り糸装置２０２を用いて撚糸化することにより図２（ｂ）に示すような「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造することができ、糸送り装置２０４，２０６を用いて「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を図２（ａ）の左から右に撚りながら糸送りすることにより強固に撚り糸された「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が連続的に製造できる。
(2) Second Step The second step is a step of manufacturing the “thread 18 made of polymer nanofibers” from the strip-shaped nonwoven fabric 16 by passing the strip-shaped nonwoven fabric 16 through the twisted yarn device 200. That is, as shown in FIG. 2 (a), the belt-shaped nonwoven fabric 16 produced in the first step is twisted using the main twisting device 202 to form “polymer nanofibers” as shown in FIG. 2 (b). The yarn 18 "can be manufactured, and the yarn feeding device 204, 206 is used to strongly twist the yarn by feeding the yarn 18 while twisting the polymer nanofiber yarn 18 from the left to the right in FIG. 2 (a). The produced “thread 18 made of polymer nanofiber” can be continuously produced.
糸送り装置２０４，２０６を用いて糸送りするときに、糸送り装置２０６の糸送り速度Ｖ１を糸送り装置２０４の糸送り速度Ｖ２よりも速くすれば、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸を行うこともできる。 If the yarn feed speed V1 of the yarn feed device 206 is faster than the yarn feed speed V2 of the yarn feed device 204 when feeding the yarn using the yarn feed devices 204 and 206, the “thread 18 made of polymer nanofiber” Can also be stretched.
本第２工程で製造される「高分子ナノ繊維からなる糸１８」は、図示による説明は省略するが、高分子ナノ繊維１２が「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸軸に対して約３０度の角度をもって配向している。 The “thread 18 made of polymer nanofiber” manufactured in the second step is not shown in the figure, but the polymer nanofiber 12 is aligned with the stretching axis of the “thread 18 made of polymer nanofiber”. Oriented at an angle of about 30 degrees.
第２工程で製造される「高分子ナノ繊維からなる糸」の直径は、例えば１０μｍ〜２０００μｍである。 The diameter of the “thread made of polymer nanofiber” manufactured in the second step is, for example, 10 μm to 2000 μm.
以上の工程を経て、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造することができる。 Through the above steps, “thread 18 made of polymer nanofiber” can be manufactured.
実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を構成する高分子ナノ繊維１２内部に高強度のナノ構造物１１が分散された高分子ナノ繊維１２を使用して「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造するため、当該「高分子ナノ繊維からなる糸１８」においては、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維１２自体の引っ張り強度が高くなっているため高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となる。 According to the manufacturing method of the “thread made of polymer nanofiber” according to the first embodiment, the high-strength nanostructure 11 is dispersed inside the polymer nanofiber 12 constituting the “thread 18 made of polymer nanofiber”. In order to produce the “thread 18 made of polymer nanofiber” using the polymer nanofiber 12 that has been made, the “thread 18 made of polymer nanofiber” has the polymer nanofiber even when tensile stress is applied. Since the tensile strength of 12 itself is high, a high-strength “thread made of polymer nanofiber” can be manufactured.
また、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、ナノ構造物がカーボンナノ構造物１１であるため、軽量でより高強度な「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することができる。 In addition, according to the manufacturing method of “yarn made of polymer nanofiber” according to the first embodiment, since the nanostructure is the carbon nanostructure 11, “yarn made of polymer nanofiber” is lighter and stronger. Can be manufactured.
さらにまた、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、ノズル１０６と平面状のコレクター１０８との間に高電圧を印加し電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液からシート状不織布１４を製造し、シート状不織布１４を切断して帯状不織布１６を製造しているため、ナノレベルの直径を持った高分子ナノ繊維１２からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。 Furthermore, according to the manufacturing method of “the yarn composed of polymer nanofiber” according to the first embodiment, the high-voltage is applied between the nozzle 106 and the planar collector 108 to perform the electrospinning, thereby polymer material. Since the sheet-like nonwoven fabric 14 is produced from the solution and the sheet-like nonwoven fabric 14 is cut to produce the belt-like nonwoven fabric 16, the belt-like nonwoven fabric composed of the polymer nanofibers 12 having a nano-level diameter is obtained with high productivity. It becomes possible to manufacture efficiently.
［実施形態２］
図３は、実施形態２における部分結合処理を説明するために示す図である。図３（ａ）は「高分子ナノ繊維からなる糸１８」にレーザー光を照射することにより部分結合処理を行う様子を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）を上部より見た図である。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a diagram for explaining the partial combining process in the second embodiment. FIG. 3A is a diagram showing a state in which a partial bonding process is performed by irradiating a laser beam to the “thread 18 made of polymer nanofiber”, and FIG. 3B is a top view of FIG. FIG.
実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、基本的には実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法と同様であるが、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造後に「高分子ナノ繊維からなる糸」をレーザー照射にて加熱して高分子ナノ繊維同士を部分的に結合する部分結合処理を行うことにより「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第３工程をさらに含むこととしている点が異なる。 The manufacturing method of “yarn made of polymer nanofiber” according to the second embodiment is basically the same as the manufacturing method of “yarn made of polymer nanofiber” according to the first embodiment. After manufacturing such “yarn made of polymer nanofibers”, the “yarn made of polymer nanofibers” is heated by laser irradiation to perform partial bonding treatment to partially bond the polymer nanofibers to each other. The difference is that the process further includes a third step of increasing the strength of the “thread made of molecular nanofibers”.
図３を参照しながら実施形態２における部分結合処理を説明する。「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を撚りと延伸とを行いながら当該「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を加熱して高分子ナノ繊維１２同士を部分的に結合する部分結合処理を行うことにより「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を高強度化する工程である。具体的には、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を撚りと延伸とを行いながらレーザー発生装置３０２とレンズ３０４からなるレーザー光照射装置３００を用いてレーザー光を「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の所定の位置に照射すると、レーザー光が照射された部分Ｒ３においては「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が加熱され、Ｒ４領域に存在する高分子ナノ繊維１２の温度が高分子ナノ繊維１２のガラス転移温度以上になり、高分子ナノ繊維１２同士が溶融して結合点２０を形成する。 The partial combining process in the second embodiment will be described with reference to FIG. While twisting and stretching the “polymer nanofiber 18”, the “polymer nanofiber 18” is heated to perform a partial bonding process in which the polymer nanofibers 12 are partially bonded to each other. This is a step of increasing the strength of the “thread 18 made of polymer nanofiber”. Specifically, while twisting and stretching the “yarn 18 made of polymer nanofiber”, the laser beam irradiation device 300 made up of the laser generator 302 and the lens 304 is used to change the laser beam to “made of polymer nanofiber. When a predetermined position of the “thread 18” is irradiated, the “thread 18 made of polymer nanofiber” is heated in the portion R3 irradiated with the laser beam, and the temperature of the polymer nanofiber 12 existing in the R4 region is increased to the polymer. The temperature becomes equal to or higher than the glass transition temperature of the nanofibers 12, and the polymer nanofibers 12 are melted to form a bonding point 20.
一方、レーザー光が照射されていない部分Ｒ５においては、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が加熱されないため、高分子ナノ繊維１２同士の結合は見られない。 On the other hand, in the portion R5 where the laser beam is not irradiated, since the “thread 18 made of polymer nanofiber” is not heated, the bonding between the polymer nanofibers 12 is not observed.
なお、レーザー光を用いて部分結合処理を行う際は、レーザー光照射された部分に存在する高分子ナノ繊維のすべてが結合して単繊維化しまわないように、照射するレーザー光の強度を調整する。 When performing partial bonding treatment using laser light, adjust the intensity of the irradiated laser light so that all of the polymer nanofibers present in the part irradiated with the laser light do not combine into a single fiber. To do.
レーザー発生装置は、半導体レーザー、炭酸ガスレーザーやヘリウムネオンレーザーといったガスレーザーなどを用いることができる。加熱に必要なレーザーの波長や出力などに応じて選択すればよい。 As the laser generator, a semiconductor laser, a gas laser such as a carbon dioxide gas laser or a helium neon laser can be used. What is necessary is just to select according to the wavelength, output, etc. of a laser required for a heating.
また、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸は、糸送り装置３０８の糸送り速度Ｖ３を糸送り装置３０６の糸送り速度Ｖ４よりも速くすることにより行う。 Further, the drawing of the “polymer nanofiber yarn 18” is performed by making the yarn feed speed V3 of the yarn feed device 308 faster than the yarn feed speed V4 of the yarn feed device 306.
なお、「高分子ナノ繊維からなる糸」の送り速度は、例えば１ｍ／ｍｉｎ〜３０ｍ／ｍｉｎである。また、レーザー光のパワーは、２０Ｗ〜６００Ｗである。レーザー光が照射された部位における高分子ナノ繊維の温度は例えば１００℃〜３００℃である。 In addition, the feeding speed of the “thread made of polymer nanofiber” is, for example, 1 m / min to 30 m / min. The power of the laser beam is 20W to 600W. The temperature of the polymer nanofibers at the site irradiated with the laser light is, for example, 100 ° C to 300 ° C.
以上の工程を経て、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造することができる。 Through the above steps, “thread 18 made of polymer nanofiber” can be manufactured.
このように実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、第３工程が加わる点が実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法の場合とは異なるが、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を構成する高分子ナノ繊維１２内部に高強度のカーボンナノ構造物１１が分散された高分子ナノ繊維１２を使用して「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を製造するため、当該「高分子ナノ繊維からなる糸１８」においては、引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維１２自体の引っ張り強度が高くなっているため高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となる。 As described above, the method for producing “yarn made of polymer nanofiber” according to the second embodiment is different from the method for producing “yarn made of polymer nanofiber” according to the first embodiment in that the third step is added. Although different, using polymer nanofibers 12 in which high-strength carbon nanostructures 11 are dispersed inside polymer nanofibers 12 constituting “threads 18 made of polymer nanofibers”, “from polymer nanofibers” is used. In order to manufacture the “thread 18”, the “strand 18 made of polymer nanofiber” has a high tensile strength because the tensile strength of the polymer nanofiber 12 itself is high even when tensile stress is applied. It is possible to produce “threads made of nanofibers”.
また、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を撚りと延伸とを行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸１８」をレーザー照射により加熱して高分子ナノ繊維１２同士の部分結合処理を行うこととしているため、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を構成する高分子ナノ繊維１２同士が部分的に結合された状態となる。このため、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」に引っ張り応力がかかっても高分子ナノ繊維１２同士に滑りが生じ難くなり、従来よりも高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」が製造可能となる。 In addition, according to the method for producing “yarn made of polymer nanofiber” according to the second embodiment, “yarn 18 made of polymer nanofiber” is twisted and stretched while “thread 18 made of polymer nanofiber”. Is heated by laser irradiation to perform partial bonding treatment between the polymer nanofibers 12, so that the polymer nanofibers 12 constituting the “polymer nanofiber yarn 18” are partially bonded to each other. It becomes a state. For this reason, even if tensile stress is applied to the “thread 18 composed of polymer nanofibers”, the polymer nanofibers 12 are less likely to slip, and a “strength composed of polymer nanofibers” having a higher strength than the conventional one is manufactured. It becomes possible.
また、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を加熱して高分子ナノ繊維１２同士を部分的に結合する部分結合処理を行うこととしているため、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」全体で高分子ナノ繊維１２が溶融して単繊維からなる糸になったり、高分子ナノ繊維１２同士が接触している部位のすべてが結合して「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が剛直化してしまったりすることはなく、それゆえ、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」中に存在するナノレベルの凹凸構造による極めて大きな比表面積及び「高分子ナノ繊維からなる糸１８」のしなやかさを維持したまま、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を高強度化することが可能となる。 In addition, according to the method for producing “yarn made of polymer nanofiber” according to the second embodiment, the “thread 18 made of polymer nanofiber” is heated to partially bond the polymer nanofibers 12 to each other. Since the binding process is to be performed, the polymer nanofibers 12 are melted in the entire “thread 18 made of polymer nanofibers” to form threads made of single fibers, or the polymer nanofibers 12 are in contact with each other. All of the parts are not bonded to each other so that the “thread 18 made of polymer nanofiber” becomes rigid. Therefore, the nano-level uneven structure existing in the “thread 18 made of polymer nanofiber”. It is possible to increase the strength of the “thread 18 made of polymer nanofiber” while maintaining the extremely large specific surface area due to the above and the flexibility of the “thread 18 made of polymer nanofiber”.
また、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法によれば、部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸１８」に対してレーザー光を照射することにより行っているため、レーザー照射の照射強度、照射範囲、照射位置その他の照射条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 Further, according to the manufacturing method of “yarn made of polymer nanofiber” according to the second embodiment, the partial bonding treatment is performed by irradiating the “yarn 18 made of polymer nanofiber” with laser light. Therefore, by appropriately controlling the irradiation intensity, irradiation range, irradiation position, and other irradiation conditions of laser irradiation, the degree to which the polymer nanofibers are partially bonded to each other, the density of bonding points, and the degree of dispersion of bonding points By adjusting the above, it is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber” under appropriate conditions.
なお、実施形態２に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法は、第３工程が加わる点以外については、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法と同様の工程を含むため、実施形態１に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法が有する効果のうち該当する効果を有する。 In addition, the manufacturing method of “yarn made of polymer nanofiber” according to Embodiment 2 is the same as the manufacturing method of “yarn made of polymer nanofiber” according to Embodiment 1 except that the third step is added. Therefore, the manufacturing method of the “thread made of polymer nanofiber” according to the first embodiment has a corresponding effect.
以上、本発明の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 As mentioned above, although the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of polymer nanofiber" of this invention was demonstrated based on said embodiment, this invention is not limited to this, It implements in the range which does not deviate from the summary. For example, the following modifications are possible.
（１）上記各実施形態において示した各要素の寸法、形状、位置、材料は例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に決定することができる。 (1) The dimensions, shapes, positions, and materials of the elements shown in the above embodiments are examples, and the present invention is not limited thereto. It can be arbitrarily determined without departing from the spirit of the present invention.
（２）上記各実施形態においては、ナノ構造物としてカーボンナノ構造物を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。ナノ構造体として、例えば、ＴｉＯ２ナノ微粒子、ＩＴＯ（インジウムすず酸化物）ナノ微粒子、Ｆｅ３Ｏ４やγ−Ｆｅ２Ｏ３のナノ微粒子、α−Ｆｅ２Ｏ３ナノ微粒子等の金属ナノ微粒子を用いてもよい。 (2) In each of the above embodiments, the carbon nanostructure is used as the nanostructure, but the present invention is not limited to this. Examples of nanostructures include metal nanoparticles such as TiO 2 nanoparticles, ITO (indium tin oxide) nanoparticles, Fe 3 O 4 and γ-Fe 2 O 3 nanoparticles, and α-Fe 2 O 3 nanoparticles. May be used.
（３）上記実施形態２〜４においては、レーザー光照射装置３００を移動させてもよい。図４は、変形例１における部分結合処理を説明するために示す図である。図４（ａ）はレーザー光照射装置３００ａを「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸軸に対して垂直に移動させることを示す図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）を「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸軸に沿って見た図である。図５は、変形例２における部分結合処理を説明するために示す図である。図５（ａ）はレーザー光照射装置３００ｂを「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸軸に沿って走査しレーザー照射を行っていることを示す図であり、図５（ｂ）はレーザー光照射装置３００ｂを用いて複数の「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の延伸軸に対して平行な方向と垂直な方向に走査しレーザー照射を行っていることを示す図である。例えば、図４に示すように、レーザー光照射装置を「高分子ナノ繊維からなる糸」の延伸軸に対して垂直に移動させてもよい。このようにすることにより、ビームスポットの大きさを調整することができる。また、図５（ａ）に示すように、レーザー光照射装置を「高分子ナノ繊維からなる糸」の延伸軸に沿って走査させてもよい。このようにすることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」の延伸軸に沿って部分結合処理を行うことができる。さらに、図５（ｂ）に示すように、複数の「高分子ナノ繊維からなる糸」を交差するようにレーザー光照射装置を走査させてもよい。このようにすることにより、１つのレーザー光照射装置で複数の「高分子ナノ繊維からなる糸」に部分結合処理を行うことができる。つまり、レーザー光照射装置を移動させることにより、レーザー照射の照射位置を走査しながら、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 (3) In the second to fourth embodiments, the laser beam irradiation apparatus 300 may be moved. FIG. 4 is a diagram for explaining the partial combining process in the first modification. FIG. 4A is a diagram showing that the laser beam irradiation apparatus 300a is moved perpendicularly to the drawing axis of “the polymer nanofiber yarn 18”, and FIG. 4B is a diagram illustrating FIG. Is a view as seen along the drawing axis of “thread 18 made of polymer nanofiber”. FIG. 5 is a diagram for explaining the partial combining process in the second modification. FIG. 5A is a diagram showing that laser irradiation is performed by scanning the laser beam irradiation apparatus 300b along the stretching axis of “polymer nanofiber yarn 18”, and FIG. It is a figure which shows that it scans in the direction perpendicular | vertical and parallel to the extending | stretching axis | shaft with respect to the extending | stretching axis | shaft of several "polymer nanofiber 18" using the light irradiation apparatus 300b, and is performing laser irradiation. For example, as shown in FIG. 4, the laser beam irradiation device may be moved perpendicularly to the drawing axis of the “thread made of polymer nanofiber”. By doing so, the size of the beam spot can be adjusted. Further, as shown in FIG. 5A, the laser beam irradiation device may be scanned along the drawing axis of “the yarn made of polymer nanofiber”. By doing in this way, a partial bond process can be performed along the extending | stretching axis | shaft of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber". Further, as shown in FIG. 5B, the laser beam irradiation device may be scanned so that a plurality of “threads made of polymer nanofibers” intersect. By doing in this way, a partial bonding process can be performed to a plurality of “threads made of polymer nanofibers” with one laser light irradiation apparatus. That is, by moving the laser beam irradiation device, it is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber” under appropriate conditions while scanning the irradiation position of the laser irradiation.
（４）上記実施形態２〜４においては、レーザー照射処理を、所定の周期又はデューティ比を持ったパルス状レーザー光を用いて間欠的に行うこととしてもよい。図６は、変形例３における部分結合処理を説明するために示す図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）はパルス状レーザー照射を行い間欠的にレーザー光照射を行う様子を示す図であり、図６（ｄ）はパルス状レーザー照射の実行と停止を時間軸でグラフ化した図であり、図６(ｅ)は図６（ｄ）で示したレーザー照射パターンで部分結合処理を行った後の「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を示す図である。例えば、図６(ａ)に示すように、時間Ｔ１のときにレーザー光照射装置３００ｃからパルス状レーザー光を発生し部分結合処理２２を形成する。次に、時間Ｔ２のときにはパルス状レーザー光照射を行わず（図６（ｂ）参照。）、時間Ｔ３において再びパルス状レーザー光を発生させ部分結合処理２２を形成し（図６（ｃ）参照。）、図６（ｄ）に示すようなパターンで間欠的にレーザー照射処理を行うと、図６(ｅ)に示すようにパルス状レーザー光が照射された部分にのみ部分結合処理が施された「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が製造される。このような方法によっても、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。また、 パルス周期又はデューティ比を調整することにより、特に、「高分子ナノ繊維からなる糸」に形成される部分結合の密度を調整することができる。 (4) In the said Embodiments 2-4, it is good also as performing laser irradiation processing intermittently using the pulsed laser beam with a predetermined period or duty ratio. FIG. 6 is a diagram for explaining the partial combining process in the third modification. 6 (a) to 6 (c) are diagrams showing a state in which pulsed laser irradiation is performed and laser light irradiation is intermittently performed, and FIG. 6 (d) shows execution and stop of pulsed laser irradiation on a time axis. FIG. 6E is a view showing “the yarn 18 made of polymer nanofibers” after the partial bonding process is performed with the laser irradiation pattern shown in FIG. 6D. For example, as shown in FIG. 6A, a pulsed laser beam is generated from the laser beam irradiation apparatus 300c at time T1 to form a partial coupling process 22. Next, pulse laser beam irradiation is not performed at time T2 (see FIG. 6B), and pulse laser beam is generated again at time T3 to form a partial coupling process 22 (see FIG. 6C). 6) When the laser irradiation process is intermittently performed in the pattern as shown in FIG. 6D, the partial coupling process is performed only on the portion irradiated with the pulsed laser beam as shown in FIG. 6E. “Yarn 18 made of polymer nanofiber” is produced. Even by such a method, it is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber” under appropriate conditions. In addition, by adjusting the pulse period or duty ratio, in particular, the density of partial bonds formed in the “thread made of polymer nanofiber” can be adjusted.
（５）上記実施形態２〜４においては、１つのレーザー光照射装置３００を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。図７は、変形例４における部分結合処理を説明するために示す図である。図７（ａ）は２本のレーザーでレーザー照射を行っていることを示す図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）を延伸軸に沿って見た図であり、図７（ｃ）は３つのレーザーを１２０°の角度で配置してレーザー照射を行うことを示す図であり、図７（ｄ）は４つのレーザーを９０°の角度で配置してレーザー照射を行うことを示す図である。図７に示すように、２つ〜４つのレーザー光照射装置を用いてもよく、また、５つ以上のレーザー光照射装置を用いてもよい。このような方法とすることにより、「高分子ナノ繊維からなる糸」のより多くの面にレーザー光を照射できるようになるため、「高分子ナノ繊維からなる糸」に対してレーザー照射処理をより均一に行うことができる。 (5) In the above-described Embodiments 2 to 4, one laser light irradiation apparatus 300 is used, but the present invention is not limited to this. FIG. 7 is a diagram for explaining the partial combining process in the fourth modification. FIG. 7 (a) is a diagram showing that laser irradiation is performed with two lasers, FIG. 7 (b) is a diagram of FIG. 7 (a) viewed along the stretching axis, and FIG. FIG. 7C is a diagram showing that laser irradiation is performed by arranging three lasers at an angle of 120 °, and FIG. 7D is a diagram showing that laser irradiation is performed by arranging four lasers at an angle of 90 °. FIG. As shown in FIG. 7, two to four laser light irradiation devices may be used, or five or more laser light irradiation devices may be used. By adopting such a method, it becomes possible to irradiate more surfaces of “polymer nanofibers” with laser light. Therefore, laser irradiation treatment is applied to “polymer nanofibers”. It can be performed more uniformly.
（６）上記実施形態２〜４においては、レーザー照射処理により部分結合処理を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。図８は、変形例５における部分結合処理を説明するために示す図である。図８に示すように、熱風を照射する熱風照射処理により部分結合処理を行ってもよい。熱風照射処理は、例えば、ホットガン装置（図８における符号３１０参照。）により行うことができる。このような方法とすることによっても、熱風照射の照射強度、照射範囲、照射位置その他の照射条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。なお、ホットガン装置３１０は、気流吸引装置３１６及び気流吸引ポンプ３１８をさらに供えており、熱風照射処理は、気流吸引装置３１６により気流を吸引しながら行う。熱風３１４の温度は、熱風３１４が「高分子ナノ繊維からなる糸１８」に照射されたときに、高分子ナノ繊維１２の温度が少なくともガラス転移温度以上になるような条件を採用することが好ましい。 (6) In Embodiments 2 to 4, the partial bonding process is performed by the laser irradiation process, but the present invention is not limited to this. FIG. 8 is a diagram for explaining the partial combining process in the fifth modification. As shown in FIG. 8, you may perform a partial coupling | bonding process by the hot air irradiation process which irradiates a hot air. The hot air irradiation process can be performed by, for example, a hot gun device (see reference numeral 310 in FIG. 8). Even by adopting such a method, the density of the bonding points is such that the polymer nanofibers are partially bonded by appropriately controlling the irradiation intensity, irradiation range, irradiation position and other irradiation conditions of hot air irradiation. It is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofibers” under appropriate conditions by adjusting the degree of dispersion of the bonding points. The hot gun device 310 further includes an airflow suction device 316 and an airflow suction pump 318, and the hot air irradiation process is performed while sucking the airflow with the airflow suction device 316. The temperature of the hot air 314 is preferably such that the temperature of the polymer nanofiber 12 is at least equal to or higher than the glass transition temperature when the hot air 314 is irradiated on the “thread 18 made of polymer nanofiber”. .
（７）上記実施形態２〜４においては、レーザー照射処理により部分結合処理を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。図９は、変形例６における部分結合処理を説明するために示す図である。リング状ヒーターに前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を通過させることにより部分結合処理を行ってもよい。例えば、変形例６においては、図９に示すように、糸送り装置３０６，３０８により「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を撚りと延伸とを行いながら、リング状ヒーター３２０の中を「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を通過させることにより「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が加熱され、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の部分結合処理が行われる。リング状ヒーターとしては、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が通過する領域を囲む位置にヒーター３２２が配置された電気炉を用いる。その他、「高分子ナノ繊維からなる糸」が通過する領域を囲む位置に赤外線源が配置された赤外線炉、半導体製造などに用いられる拡散炉をも用いることができる。このような方法とすることによっても、リング状ヒーターの温度、加熱領域の長さ、「高分子ナノ繊維からなる糸」の通過速度その他の加熱条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 (7) In Embodiments 2 to 4, the partial bonding process is performed by the laser irradiation process, but the present invention is not limited to this. FIG. 9 is a diagram for explaining the partial combining process in the sixth modification. The partial bonding treatment may be performed by passing the “thread made of polymer nanofiber” through a ring heater. For example, in the modified example 6, as shown in FIG. 9, while the “yarn 18 made of polymer nanofiber” is twisted and stretched by the yarn feeding devices 306 and 308, By passing the “thread 18 made of molecular nanofiber”, the “thread 18 made of polymer nanofiber” is heated, and the partial binding process of the “thread 18 made of polymer nanofiber” is performed. As the ring-shaped heater, an electric furnace in which a heater 322 is disposed at a position surrounding a region through which “the polymer nanofiber yarn 18” passes is used. In addition, it is also possible to use an infrared furnace in which an infrared source is arranged at a position surrounding a region through which the “yarn made of polymer nanofibers” passes, or a diffusion furnace used in semiconductor manufacturing or the like. By adopting such a method as well, by appropriately controlling the temperature of the ring heater, the length of the heating region, the passing speed of the “thread made of polymer nanofiber” and other heating conditions, It is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofibers” under appropriate conditions by adjusting the degree of partial bonding, the density of bonding points, the degree of dispersion of bonding points, and the like.
（８）上記実施形態２〜４においては、レーザー照射処理により部分結合処理を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。図１０は、変形例７における部分結合処理を説明するために示す図である。図１０(ａ)は急速加熱処理装置３３０を用いて部分結合処理を行っている様子を示す図であり、図１０（ｂ）は急速加熱処理装置３３０の内部構造を示す図である。光又は赤外線を集光して照射する急速加熱処理により部分結合処理を行ってもよい。例えば、変形例７においては、急速加熱処理装置３３０の中を「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が通過することにより「高分子ナノ繊維からなる糸１８」が加熱され、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」の部分結合処理が行われる。急速加熱処理装置３３０は、図１０（ｂ）に示すように、糸送り装置３０６，３０８を用いて「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を撚りと延伸とを行いながら、光又は赤外線発生装置３３２から発生した光又は赤外線を集光ミラー３３４により集光し、「高分子ナノ繊維からなる糸１８」上に加熱エネルギーを集中することで急速加熱を行う。このような方法とすることによっても、急速加熱処理の条件を適宜制御することにより、高分子ナノ繊維同士が部分的に結合される程度、結合点の密度、結合点の分散度合いなどを調整して、適切な条件で「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化することが可能となる。 (8) In Embodiments 2 to 4 described above, the partial bonding process is performed by the laser irradiation process, but the present invention is not limited to this. FIG. 10 is a diagram for explaining the partial combining process in the modified example 7. FIG. 10A is a diagram illustrating a state in which the partial heat treatment is performed using the rapid heat treatment apparatus 330, and FIG. 10B is a diagram illustrating an internal structure of the rapid heat treatment apparatus 330. You may perform a partial coupling | bonding process by the rapid heating process which condenses and irradiates light or infrared rays. For example, in the modified example 7, the “thread 18 made of polymer nanofiber” passes through the rapid heating apparatus 330 to heat the “thread 18 made of polymer nanofiber”, and the “polymer nanofiber” A partial joining process of the yarn 18 "made of is performed. As shown in FIG. 10B, the rapid heating apparatus 330 is a light or infrared ray generator while twisting and stretching the “thread 18 made of polymer nanofibers” using the yarn feeders 306 and 308. Light or infrared rays generated from the light beam 332 is collected by the light collecting mirror 334, and the heating energy is concentrated on the “thread 18 made of polymer nanofiber” to perform rapid heating. Even by adopting such a method, the degree to which the polymer nanofibers are partially bonded, the density of bonding points, the degree of dispersion of bonding points, and the like are adjusted by appropriately controlling the conditions of the rapid heat treatment. Thus, it is possible to increase the strength of the “thread made of polymer nanofiber” under appropriate conditions.
（９）上記実施形態２〜４においては、前記帯状不織布として、前記部分結合処理を促進可能な添加塩（例えば、ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）を加えた帯状不織布を製造してもよい。このような方法とすることにより、高分子ナノ繊維同士が結合し易くなるため、部分結合処理を一層容易に行うことが可能となり、より一層高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。 (9) In Embodiments 2 to 4, a belt-shaped nonwoven fabric to which an additive salt (for example, FeSO 4 .7H 2 O) capable of promoting the partial bonding treatment is added may be manufactured as the belt-shaped nonwoven fabric. By adopting such a method, the polymer nanofibers can be easily bonded to each other, so that the partial bonding process can be performed more easily, and a higher-strength “thread made of polymer nanofibers” is produced. It becomes possible.
（１０）上記実施形態２〜４においては、加熱により部分結合処理を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。図１１は、変形例８における部分結合処理を説明するために示す図である。紫外線により架橋処理を行ってもよい。例えば、変形例８においては、図１１に示すように、糸送り装置３０６，３０８により「高分子ナノ繊維からなる糸１８」を撚りと延伸を行いながら、紫外線発生装置３４０を用いて紫外線３４２を「高分子ナノ繊維からなる糸１８」に対して照射することにより紫外線照射を行い、架橋処理を行う。なお、高分子材料としては、シンナモイル基を有する高分子材料を好適に用いることができる。このような方法とすることにより、高分子ナノ繊維とその表面に付着したナノ構造物との付着力が増し、高分子ナノ繊維自体の引っ張り強度が増加するため、さらに高強度の「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。 (10) In Embodiments 2 to 4, the partial bonding process is performed by heating, but the present invention is not limited to this. FIG. 11 is a diagram for explaining the partial combining process in the modification 8. You may perform a crosslinking process with an ultraviolet-ray. For example, in the modified example 8, as shown in FIG. 11, the ultraviolet ray 342 is emitted by using the ultraviolet ray generator 340 while twisting and stretching the “yarn 18 made of polymer nanofiber” by the yarn feeding devices 306 and 308. By irradiating the “thread 18 made of polymer nanofiber”, ultraviolet irradiation is performed to perform a crosslinking treatment. As the polymer material, a polymer material having a cinnamoyl group can be suitably used. By adopting such a method, the adhesion between the polymer nanofiber and the nanostructure attached to the surface increases, and the tensile strength of the polymer nanofiber itself increases. It becomes possible to manufacture “fiber yarn”.
（１１）上記各実施形態においては、高分子材料溶液を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。溶融高分子材料も用いることができる。 (11) Although the polymer material solution is used in each of the above embodiments, the present invention is not limited to this. Molten polymer materials can also be used.
（１２）上記各実施形態においては、 第１工程は、コレクター１０６とノズル１０８との間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことによりナノ構造物１１を分散した高分子材料溶液シート状不織布１４を製造する工程と、シート状不織布１４を切断して帯状不織布１６を製造する工程とをこの順序で含む工程であったが、本発明はこれに限定されるものではない。図１２は、変形例９における第１工程を説明するために示す図である。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）はドラム状コレクター４００を用いて帯状不織布１６を製造する様子をそれぞれ異なる角度から見たときの図である。例えば、図１２に示すように、第１工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクター４０２が形成された「ドラム状コレクター４００」におけるコレクター４０２とノズル１０６との間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、ナノ構造物１１を分散した高分子材料溶液１０から高分子ナノ繊維１２をコレクター４０２上に堆積し、高分子ナノ繊維１２からなる帯状不織布１６を製造する工程であってもよい。このような方法とすることによっても、内部にナノ構造物が付着された高分子ナノ繊維からなる帯状不織布を高い生産性でもって効率良く製造することが可能となる。また、不織布を切断する工程が不要となる。 (12) In each of the above embodiments, the first step is a polymer material solution sheet in which the nanostructures 11 are dispersed by performing electrospinning in a state where a high voltage is applied between the collector 106 and the nozzle 108. However, the present invention is not limited to this. The process includes a step of manufacturing the strip-shaped nonwoven fabric 14 and a step of cutting the sheet-shaped nonwoven fabric 14 to manufacture the strip-shaped nonwoven fabric 16 in this order. FIG. 12 is a view for explaining the first step in the modification 9. FIGS. 12A and 12B are views of the state in which the belt-shaped nonwoven fabric 16 is manufactured using the drum-shaped collector 400 when viewed from different angles. For example, as shown in FIG. 12, in the first step, a high voltage is applied between the collector 402 and the nozzle 106 in a “drum-shaped collector 400” in which a strip-shaped collector 402 extending in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the drum. The polymer nanofibers 12 are deposited on the collector 402 from the polymer material solution 10 in which the nanostructures 11 are dispersed, and the belt-shaped nonwoven fabric 16 composed of the polymer nanofibers 12 is formed. It may be a manufacturing process. Also by such a method, it becomes possible to manufacture efficiently the strip-shaped nonwoven fabric which consists of a polymer nanofiber with the nanostructure adhered inside with high productivity. Moreover, the process of cut | disconnecting a nonwoven fabric becomes unnecessary.
（１３）上記各実施形態においては、第２工程において、帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて延伸及び弱い加熱を行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造してもよい。このような方法とすることにより、高分子ナノ繊維中に分散したナノ構造物を高分子ナノ繊維の延伸軸と略平行の方向に配向させて高分子ナノ繊維をさらに強化することが可能であり、その結果、さらに高強度な「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造可能となる。 (13) In each of the above-described embodiments, in the second step, a “nonwoven fabric made of polymer nanofibers” may be produced while passing the belt-shaped non-woven fabric through a twisting device and performing stretching and weak heating. By adopting such a method, it is possible to further strengthen the polymer nanofibers by orienting the nanostructures dispersed in the polymer nanofibers in a direction substantially parallel to the stretching axis of the polymer nanofibers. As a result, it is possible to manufacture “yarn made of polymer nanofibers” with higher strength.
１０…高分子原料溶液、１１…カーボンナノ構造物、１２…高分子ナノ繊維、１４…シート状不織布、１６…帯状不織布、１８…「高分子ナノ繊維からなる糸」、２０…結合点、２２…部分結合処理、１００，１０１…電界紡糸装置、１０２…原料タンク、１０４…バルブ、１０６…ノズル、１０８…コレクター、１１０…高圧電源、２００…撚り糸装置、２０２…主撚り糸装置、２０４，２０６，３０６，３０８…糸送り装置、３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ…レーザー光照射装置、３０２…レーザー発生装置、３０４…レンズ、３１０…ホットガン装置、３１２…ホットガン、３１４…熱風、３１６…気流吸引装置、３１８…気流吸引ポンプ、３２０…リング状ヒーター、３２２…ヒーター、３２４…電源、３３０…急速加熱処理装置、３３２…光又は赤外線発生装置、３３４…集光ミラー、３４０…紫外線発生装置、３４２…紫外線、４００…ドラム状コレクター、４０２…コレクター、４０４…導電体の軸、４０６…導電体ディスク、４０８…非導電体ディスク、４１０…軸受、４１２…モーター、４１４，４１６…搬送用ローラー、４１８…巻き取りドラム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Polymer raw material solution, 11 ... Carbon nanostructure, 12 ... Polymer nanofiber, 14 ... Sheet-like nonwoven fabric, 16 ... Strip-like nonwoven fabric, 18 ... "Thread made of polymer nanofiber", 20 ... Bonding point, 22 DESCRIPTION OF SYMBOLS Partial binding process, 100, 101 ... Electrospinning apparatus, 102 ... Raw material tank, 104 ... Valve, 106 ... Nozzle, 108 ... Collector, 110 ... High voltage power supply, 200 ... Twist yarn apparatus, 202 ... Main twist yarn apparatus, 204, 206, 306, 308 ... Yarn feeder, 300, 300a, 300b, 300c ... Laser irradiation device, 302 ... Laser generator, 304 ... Lens, 310 ... Hot gun device, 312 ... Hot gun, 314 ... Hot air, 316 ... Airflow suction device, 318 ... Airflow suction pump, 320 ... Ring heater, 322 ... Heater, 324 ... Power supply, 330 ... Rapid heating process Device, 332... Light or infrared generator, 334. Condenser mirror, 340. Ultraviolet generator, 342. Ultraviolet, 400. Drum-shaped collector, 402 ... Collector, 404 ... Conductor shaft, 406 ... Conductor disk, 408 ... Non-conductive disk, 410 ... Bearing, 412 ... Motor, 414,416 ... Conveying roller, 418 ... Take-up drum
Claims (16)
前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて前記帯状不織布から「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する第２工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 A first step of producing a strip-shaped nonwoven fabric composed of polymer nanofibers having nanostructures dispersed therein;
A "yarn made of polymer nanofibers" comprising the second step of producing the "yarn made of polymer nanofibers" from the band-shaped nonwoven fabric by passing the band-shaped nonwoven fabric through a twisting device in this order. Manufacturing method.
前記ナノ構造物がカーボンナノ構造物であることを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" of Claim 1,
A method for producing a “thread made of polymer nanofiber”, wherein the nanostructure is a carbon nanostructure.
前記第２工程において、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて延伸及び弱い加熱を行いながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造することを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of polymer nanofiber" in any one of Claim 1 or 2,
In the second step, a “yarn made of polymer nanofiber” is produced by passing the band-shaped non-woven fabric through a twisting yarn device and performing stretching and weak heating to produce “yarn made of polymer nanofiber”. Manufacturing method.
前記第２工程実施後、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に紫外線を照射して前記高分子ナノ繊維を構成する高分子の架橋処理を行うことにより前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第３工程をさらに含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of polymer nanofiber" in any one of Claims 1-3,
After the second step, the “polymer nanofiber” is irradiated with ultraviolet rays while twisting and stretching the “polymer nanofiber”, and the polymer nanofiber is formed. A method for producing a “thread made of polymer nanofiber”, further comprising a third step of increasing the strength of the “thread made of polymer nanofiber” by performing a molecular crosslinking treatment.
前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して前記高分子ナノ繊維同士を部分的に結合する部分結合処理を行うことにより前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第３工程とをこの順序でさらに含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" in any one of Claims 1-4,
While twisting and stretching the “polymer nanofibers”, the “polymer nanofibers” are heated to perform a partial bonding process to partially bond the polymer nanofibers. And a third step of increasing the strength of the “yarn made of polymer nanofiber” in this order, thereby producing a “yarn made of polymer nanofiber”.
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対してレーザー光を照射するレーザー照射処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" of Claim 5,
The method for producing “yarns made of polymer nanofibers”, wherein the partial bonding treatment is performed by laser irradiation treatment of irradiating the “yarns made of polymer nanofibers” with laser light.
前記レーザー照射処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」の平均直径の２倍以下の直径を有するビームスポットに絞ったレーザー光を用いて行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" of Claim 5,
The laser irradiation treatment is performed using a laser beam focused on a beam spot having a diameter that is not more than twice the average diameter of the “polymer nanofiber yarn”. Yarn "manufacturing method.
前記レーザー照射処理を、レーザー光を所定の手順に従って走査しながら行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" of Claim 6 or 7,
The method for producing a “thread made of polymer nanofiber”, wherein the laser irradiation treatment is performed while scanning with laser light according to a predetermined procedure.
前記レーザー照射処理を、所定の周期又はデューティ比を持ったパルス状レーザー光を用いて間欠的に行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of polymer nanofiber" in any one of Claims 6-8,
A method for producing a “thread made of polymer nanofibers”, characterized in that the laser irradiation treatment is intermittently performed using pulsed laser light having a predetermined period or duty ratio.
前記レーザー照射処理を、２つ以上のレーザー光を用いて行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of polymer nanofiber" in any one of Claims 6-9,
The method for producing a “thread made of polymer nanofiber”, wherein the laser irradiation treatment is performed using two or more laser beams.
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して熱風を照射する熱風照射処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" of Claim 5,
The method for producing “yarn made of polymer nanofiber”, wherein the partial bonding treatment is performed by hot air irradiation treatment in which hot air is irradiated to the “yarn made of polymer nanofiber”.
前記部分結合処理を、リング状ヒーターに前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を通過させることにより行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" of Claim 5,
The method for producing a “thread made of polymer nanofiber”, wherein the partial bonding treatment is performed by passing the “thread made of polymer nanofiber” through a ring heater.
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して光又は赤外線を集光して照射する急速加熱処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" of Claim 5,
Production of “yarn made of polymer nanofiber”, wherein the partial binding treatment is performed by rapid heating treatment that collects and irradiates light or infrared rays on the “yarn made of polymer nanofiber”. Method.
前記第１工程においては、前記帯状不織布として、前記部分結合処理を促進可能な添加物を加えた帯状不織布を製造することを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" in any one of Claims 5-13,
In the first step, as the band-shaped nonwoven fabric, a band-shaped nonwoven fabric to which an additive capable of promoting the partial bonding treatment is added is manufactured.
前記第１工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことによりナノ構造物を分散した高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" in any one of Claims 1-14,
The first step is a step of manufacturing a sheet-like non-woven fabric from a polymer material solution or a molten polymer material in which nanostructures are dispersed by performing electrospinning in a state where a high voltage is applied between the collector and the nozzle. And a step of cutting the sheet-like nonwoven fabric to produce the strip-like nonwoven fabric in this order.
前記第１工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクターが形成された「ドラム状コレクター」における前記コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、ナノ構造物を分散した高分子材料溶液又は溶融高分子材料から前記高分子ナノ繊維を前記コレクター上に堆積し、前記高分子ナノ繊維からなる前記帯状不織布を製造する工程であることを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 In the manufacturing method of "the thread | yarn consisting of a polymer nanofiber" in any one of Claims 1-14,
In the first step, electrospinning is performed in a state where a high voltage is applied between the collector and the nozzle in a “drum-like collector” in which a belt-like collector extending in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the drum. The polymer nanofibers are deposited on the collector from a polymer material solution in which nanostructures are dispersed or a molten polymer material, and the band-shaped nonwoven fabric made of the polymer nanofibers is manufactured. The manufacturing method of "the thread | yarn consisting of polymer nanofiber".
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