JP6494162B2 - Textile material and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は繊維材料およびその製造方法に関し、より詳しくはナノファイバを被覆した繊維材料およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a fiber material and a manufacturing method thereof, and more particularly to a fiber material coated with nanofibers and a manufacturing method thereof.

近年、比表面積の大きな材料として繊維材料が注目を浴びている。特に、繊維の表面加工に基づく高比表面積化およびそれらを用いた材料の開発が国内外で精力的に検討されてきている。   In recent years, fiber materials have attracted attention as materials having a large specific surface area. In particular, vigorous studies have been conducted in Japan and overseas to increase the specific surface area based on the surface processing of fibers and to develop materials using them.

特許文献1には、芯繊維に、官能基が付与されたナノファイバを、高電圧を印加しつつ噴射して被覆した、比表面積の大きなフィルタ用の繊維材料が開示されている。ここでは、繊維の表面加工をナノファイバによる被覆によって行うことで高比表面積化が図られている。つまり、芯繊維となる細い繊維を巻きとりながら、該芯繊維にナノファイバを噴出させて製造した、ナノファイバを被覆した繊維材料(ナノファイバ被覆繊維材料)は、比表面積が大きい。よって、複数本の該ナノファイバ被覆繊維材料を、撚りをかけて収束して繊維束を形成し、この繊維束を、透過性の筒壁を有した筒体の外周に卷回して形成することで、ろ過性能が優れる糸巻き型フィルタが得られることが、開示されている。   Patent Document 1 discloses a fiber material for a filter having a large specific surface area, in which a core fiber is coated with a nanofiber having a functional group applied by applying a high voltage to the core fiber. Here, a high specific surface area is achieved by performing surface processing of the fiber by coating with nanofibers. That is, a fiber material (nanofiber-coated fiber material) coated with nanofibers manufactured by jetting nanofibers onto core fibers while winding thin fibers as core fibers has a large specific surface area. Therefore, a plurality of the nanofiber-coated fiber materials are twisted and converged to form a fiber bundle, and this fiber bundle is wound around the outer periphery of a cylinder having a permeable cylinder wall. Thus, it is disclosed that a pincushion filter having excellent filtration performance can be obtained.

特開2009−219952号公報JP 2009-219952 A

しかしながら、特許文献1に記載されているナノファイバ被覆繊維材料は、芯繊維とそれを被覆しているナノファイバ、あるいは芯繊維同士が物理的に絡まって構成されている。そのために、下記の応用面での課題があった。第一に、ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性が低く、擦れなどの外的要因により、ナノファイバが容易に剥離・脱落し、繊維材料の比表面積が低下する。第二に、繊維材料の機械強度が低く、芯繊維同士が容易にほつれるために長期使用に不利である。   However, the nanofiber-covered fiber material described in Patent Document 1 is configured such that the core fiber and the nanofiber covering the core fiber or the core fibers are physically entangled with each other. For this reason, there are problems in the following application aspects. First, the peeling resistance between the nanofiber and the core fiber is low, and the nanofiber is easily peeled and dropped due to external factors such as rubbing, and the specific surface area of the fiber material is reduced. Secondly, the mechanical strength of the fiber material is low, and the core fibers are easily frayed, which is disadvantageous for long-term use.

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性に優れ、機械強度が高い、ナノファイバを被覆した繊維材料およびその製造方法を提供するものである。   The present invention has been made in view of such a background art, and provides a fiber material coated with nanofibers having excellent peeling resistance between nanofibers and core fibers and high mechanical strength, and a method for producing the same. It is.

上記の課題を解決する繊維材料は、芯繊維であるポリマー繊維にポリマーナノファイバが被覆されて形成されたナノファイバ被覆ポリマー繊維が複数集まって構成された繊維膜であって、
前記ナノファイバ被覆ポリマー繊維は、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバとをエレクトロスピニング法により紡糸することによって得られたものであり
前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバとは融着しており、前記繊維膜を構成している複数の前記ポリマー繊維は、少なくとも一部分で相互に融着した構造を有しており、
前記ポリマー繊維の平均直径は10μm以上50μm以下であり、前記ポリマーナノファイバの平均直径は1nm以上1μm未満であることを特徴とする。
The fiber material that solves the above problem is a fiber membrane that is formed by collecting a plurality of nanofiber-covered polymer fibers formed by coating polymer nanofibers on polymer fibers that are core fibers,
The nanofiber-coated polymer fiber is obtained by spinning the polymer fiber and the polymer nanofiber by an electrospinning method ,
The polymer fibers and the polymer nanofibers covering the polymer fibers are fused, and the plurality of polymer fibers constituting the fiber film have a structure in which the polymer films are fused at least partially to each other. Have
The polymer fiber has an average diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, and the polymer nanofiber has an average diameter of 1 nm or more and less than 1 μm.

上記の課題を解決する繊維材料の製造方法は、ポリマー材料からなる芯繊維であるポリマー繊維に、ポリマー材料からなるポリマーナノファイバを被覆させてナノファイバ被覆ポリマー繊維を得る紡糸工程と、
前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバを融着し、かつ、前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着する融着工程を有し、
前記紡糸工程は、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバとをエレクトロスピニング法により紡糸する工程を含み、
前記ポリマー繊維の平均直径は10μm以上50μm以下であり、前記ポリマーナノファイバの平均直径は1nm以上1μm未満であることを特徴とする。
A method for producing a fiber material that solves the above problems includes a spinning step in which a polymer fiber that is a core fiber made of a polymer material is coated with a polymer nanofiber made of a polymer material to obtain a nanofiber-covered polymer fiber;
A fusion step of fusing the polymer fiber and the polymer nanofiber covering the polymer fiber, and fusing the plurality of polymer fibers forming the fiber material to each other at least partially; And
The spinning step may include Ri紡 yarn by the said polymer fibers and the polymer nanofibers electrospinning method,
The polymer fiber has an average diameter of 10 μm or more and 50 μm or less, and the polymer nanofiber has an average diameter of 1 nm or more and less than 1 μm.

本発明によれば、ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性に優れ、繊維材料の機械強度が高い、ナノファイバを被覆した繊維材料およびその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fiber material which was excellent in the peeling tolerance between a nanofiber and a core fiber, and the mechanical strength of the fiber material was high, and coated the nanofiber, and its manufacturing method can be provided.

本発明の繊維材料の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the fiber material of this invention. 本発明の繊維材料の製造方法の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the manufacturing method of the fiber material of this invention. 本発明の実施例5の繊維材料の光学顕微鏡写真である。It is an optical microscope photograph of the fiber material of Example 5 of this invention.

以下、本発明の実施形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(本発明に係る繊維材料について)
先ず、本発明に係る繊維材料について説明する。
(About the fiber material according to the present invention)
First, the fiber material according to the present invention will be described.

本発明に係る繊維材料は、芯繊維であるポリマー繊維にポリマーナノファイバが被覆されて形成されたナノファイバ被覆ポリマー繊維が複数集まって構成された繊維材料であって、前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバが融着し、かつ前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維は少なくとも一部分で相互に融着した構造を有していることを特徴とする。   The fiber material according to the present invention is a fiber material formed by collecting a plurality of nanofiber-covered polymer fibers formed by coating polymer fibers as core fibers with polymer nanofibers, the polymer fibers and the polymer The polymer nanofibers covering the fibers are fused, and the plurality of polymer fibers forming the fiber material have a structure fused at least partially to each other.

本発明における、芯繊維と芯繊維を被覆する被覆繊維のファイバの径は、各々平均直径が1μm以上50μm以下、および1nm以上1μm未満であり、また芯繊維には従来公知のファイバ材料、例えば、カーボンファイバ材料や繊維材料を適宜単独あるいは組合わせて用いることが出来る。   In the present invention, the core fibers and the diameters of the coated fibers covering the core fibers each have an average diameter of 1 μm or more and 50 μm or less, and 1 nm or more and less than 1 μm. The core fibers include conventionally known fiber materials such as, for example, Carbon fiber materials and fiber materials can be used alone or in combination as appropriate.

本実施形態においては、繊維(ファイバ)のうち高分子で構成された平均直径が1μm以上50μm以下のファイバをポリマー繊維と呼び、平均直径1nm以上1μm未満のものをナノファイバと呼び、特に高分子で構成された平均直径が1nm以上1μm未満のファイバをポリマーナノファイバ(略してポリマーファイバ)とも呼ぶ。   In the present embodiment, a fiber (fiber) having a mean diameter of 1 μm or more and 50 μm or less composed of a polymer is called a polymer fiber, and a fiber having an average diameter of 1 nm or more and less than 1 μm is called a nanofiber. A fiber having an average diameter of 1 nm or more and less than 1 μm is also referred to as polymer nanofiber (abbreviated as polymer fiber).

また、本発明の実施形態に係るファイバとは、そのファイバの太さよりも長さの方が長いものである。ファイバの断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、四角形、多角形,半円形などもよく,また正確な形状でなくてもよいし、任意の断面で形状が異なっていてもよい。   Further, the fiber according to the embodiment of the present invention has a longer length than the thickness of the fiber. The cross-sectional shape of the fiber is not particularly limited, and may be a circle, an ellipse, a quadrangle, a polygon, a semicircle, or the like, and may not be an accurate shape, or may have a different shape in an arbitrary cross section.

上記のファイバの太さ(径)とは、ファイバの断面が円柱状のものでは、その断面の円の直径のことを指すが、それ以外では、ファイバ断面における重心を通る最長直線の長さのことである。なお、ポリマーファイバの長さは太さの10倍以上ある。   The fiber thickness (diameter) refers to the diameter of the circle of the cross section when the fiber cross section is cylindrical, but otherwise the length of the longest straight line passing through the center of gravity of the fiber cross section. That is. The length of the polymer fiber is at least 10 times the thickness.

なお、ファイバからなる構造体は,その径が細くなるほど,比表面積が増すという特長があるため、ファイバ径が細いほど比表面積の高いファイバ材料が得られるため効果的である。加えて、直径がナノサイズのナノファイバでは、該ナノファイバ製造過程で、超分子配列効果と呼ばれる、微細空間でナノファイバに添加した添加物がファイバの長尺方向に揃ったり、またナノファイバが高分子の場合(ポリマーファイバ)では、高分子の分子鎖が揃ったりする効果があり、その結果、機械強度の強いファイバが得られる。   In addition, since the structure which consists of fibers has the feature that a specific surface area increases, so that the diameter becomes thin, since the fiber material with a high specific surface area is obtained, so that a fiber diameter is thin, it is effective. In addition, in nanofibers with a nano-sized diameter, the additive added to the nanofibers in a fine space, called the supramolecular alignment effect, is aligned in the longitudinal direction of the fiber during the nanofiber manufacturing process. In the case of a polymer (polymer fiber), there is an effect that the molecular chains of the polymer are aligned. As a result, a fiber having high mechanical strength can be obtained.

次に、本発明のポリマーナノファイバを被覆した繊維材料について、図1を用いて説明する。   Next, the fiber material which coat | covered the polymer nanofiber of this invention is demonstrated using FIG.

図1は、本発明の繊維材料の一実施形態を示す概略図である。図1(a)は一本のナノファイバ被覆ポリマー繊維の概略断面図、図1(b)は繊維材料の斜視図を示す。図中、1はナノファイバ被覆ポリマー繊維、2はポリマー繊維、3はポリマーナノファイバ、4は繊維材料を示す。   FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the fiber material of the present invention. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of one nanofiber-coated polymer fiber, and FIG. 1B is a perspective view of a fiber material. In the figure, 1 is a nanofiber-coated polymer fiber, 2 is a polymer fiber, 3 is a polymer nanofiber, and 4 is a fiber material.

本実施形態のナノファイバで被覆した繊維材料4は、必然的に表面に凹凸を有し、ナノファイバ被覆ポリマー繊維1で構成されるため、比表面積は高い。本発明の繊維材料におけるナノファイバ被覆ポリマー繊維1の一本は、ポリマー材料で少なくとも構成された芯繊維2の表面に、ポリマー材料で少なくとも構成されたポリマーナノファイバ3が融着されて構成されている。その結果、ポリマーナノファイバ3と芯繊維であるポリマー繊維2間の剥離耐性は高く、擦れなどの外的要因により、ポリマーナノファイバ3が容易に剥離・脱落し、繊維材料の比表面積が低下することはない。   The fiber material 4 coated with the nanofibers of the present embodiment inevitably has irregularities on the surface, and is composed of the nanofiber-coated polymer fibers 1, so that the specific surface area is high. One of the nanofiber-coated polymer fibers 1 in the fiber material of the present invention is formed by fusing a polymer nanofiber 3 composed of at least a polymer material on the surface of a core fiber 2 composed of at least the polymer material. Yes. As a result, the peeling resistance between the polymer nanofiber 3 and the polymer fiber 2 that is the core fiber is high, and the polymer nanofiber 3 is easily peeled and dropped due to external factors such as rubbing, and the specific surface area of the fiber material is reduced. There is nothing.

なお、ナノファイバ被覆ポリマー繊維における比表面積および表面凹凸は、ポリマーナノファイバの被覆割合や被覆したポリマーナノファイバの本数等に依存するが、これらは所望の特性に合わせて適宜選択すればよい。   In addition, although the specific surface area and surface unevenness | corrugation in a nanofiber coating polymer fiber depend on the coating ratio of a polymer nanofiber, the number of the coated polymer nanofiber, etc., these should just be selected suitably according to a desired characteristic.

本発明の繊維材料において、任意の断面におけるナノファイバ被覆ポリマー繊維1の数や隣接間隔や積層数は、所望する繊維材料の特性に合わせて適宜選択することができる。例えば、図1(b)においては、複数のナノファイバ被覆ポリマー繊維1がランダム状に配置され、且つナノファイバ被覆ポリマー繊維1は少なくとも一部分で相互に融着した構成を示してある。   In the fiber material of the present invention, the number of nanofiber-covered polymer fibers 1 in any cross section, the adjacent interval, and the number of laminated layers can be appropriately selected according to the desired characteristics of the fiber material. For example, FIG. 1B shows a configuration in which a plurality of nanofiber-covered polymer fibers 1 are randomly arranged and the nanofiber-covered polymer fibers 1 are fused at least partially.

つまり繊維材料4を形成している、これら隣接している複数のナノファイバ被覆ポリマー繊維は少なくとも一部分で相互に融着したことにより強固且つ柔軟なネットワークを形成している。その結果、本発明で得られる繊維材料は機械強度が高く、芯繊維同士が容易にほつれることがなく、長期使用に有利である。   That is, these adjacent nanofiber-covered polymer fibers forming the fiber material 4 are fused to each other at least partially to form a strong and flexible network. As a result, the fiber material obtained by the present invention has high mechanical strength, and the core fibers are not easily frayed, which is advantageous for long-term use.

以上のことから、本発明は、芯繊維であるポリマー繊維とポリマーナノファイバと間の剥離耐性、繊維材料の機械強度が高い、高比表面積を有する、ポリマーナノファイバを被覆した繊維材料を提供できる。   From the above, the present invention can provide a fiber material coated with polymer nanofibers, which has a high specific surface area, high resistance to peeling between the polymer fibers that are core fibers and polymer nanofibers, high mechanical strength of the fiber material. .

なお、本発明の繊維材料は、擦れなどの外的要因が加わっても長期に亘って使用可能な比表面積の高い繊維材料となり得ることから、例えば静電気発生装置や粒子電界選別装置における摩擦帯電材料として好適に利用することができる。   The fiber material of the present invention can be a fiber material having a high specific surface area that can be used over a long period of time even when external factors such as rubbing are applied. Can be suitably used.

(芯繊維であるポリマー繊維について)
本発明における芯繊維であるポリマー繊維は、特に限定されるものでは無く、少なくともポリマー材料からなる繊維であればよく、有機ポリマーが好ましい。有機ポリマーとしては、従来公知の有機ポリマー材料を単独または組み合わせて適宜用いることが可能である。また、微粒子や従来公知のフィラーを含有したポリマー材料等であっても良く、またそれらを適宜組み合わせて構成することができる。
(About polymer fibers that are core fibers)
The polymer fiber that is the core fiber in the present invention is not particularly limited, and may be at least a fiber made of a polymer material, and an organic polymer is preferable. As the organic polymer, conventionally known organic polymer materials can be appropriately used alone or in combination. Further, it may be a polymer material containing fine particles or a conventionally known filler, and may be constituted by appropriately combining them.

なお、本発明におけるポリマー繊維とは、少なくとも1種類以上のポリマーを有し、そのポリマー繊維の太さよりも長さの方が長いものである。   In addition, the polymer fiber in this invention has at least 1 or more types of polymer, and the length is longer than the thickness of the polymer fiber.

ポリマー繊維の太さは、被覆するポリマーナノファイバよりも太いことが好ましく、また平均直径が1μm以上50μm以下であることが好ましい。さらに好ましい平均直径は10μm以上50μm以下である。   The thickness of the polymer fiber is preferably larger than that of the polymer nanofiber to be coated, and the average diameter is preferably 1 μm or more and 50 μm or less. A more preferable average diameter is 10 μm or more and 50 μm or less.

ポリマーナノファイバを被覆するためには芯繊維がポリマーナノファイバよりも細い場合には、製造上の観点から取り扱いづらく、また該芯繊維の外周面にポリマーナノファイバを上手く被覆することが困難となる場合がある。そのために、ポリマー繊維の太さは、被覆するポリマーナノファイバよりも太く、より好ましくは、少なくともポリマーナノファイバよりも10%以上太いものであり、また平均直径が1μm以上であることが好ましい。   In order to coat the polymer nanofiber, if the core fiber is thinner than the polymer nanofiber, it is difficult to handle from the viewpoint of manufacturing, and it becomes difficult to coat the polymer nanofiber on the outer peripheral surface of the core fiber well. There is a case. Therefore, the thickness of the polymer fiber is thicker than the polymer nanofiber to be coated, more preferably at least 10% thicker than the polymer nanofiber, and the average diameter is preferably 1 μm or more.

加えて、比表面積の高い繊維材料を得るためには、芯繊維に径の細いポリマーナノファイバを被覆することで、高い比表面積が得られ易い傾向があるため、ポリマー繊維の平均直径は50μm以下であることが好ましい。   In addition, in order to obtain a fiber material with a high specific surface area, it is easy to obtain a high specific surface area by coating the core fiber with a polymer nanofiber having a small diameter, so the average diameter of the polymer fiber is 50 μm or less. It is preferable that

ポリマー繊維の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、四角形、多角形,半円形などもよく,また正確な形状でなくてもよいし、任意の断面で形状が異なっていてもよい。   The cross-sectional shape of the polymer fiber is not particularly limited, and may be a circle, an ellipse, a quadrangle, a polygon, a semicircle, or the like, and may not be an accurate shape, or may have a different shape in an arbitrary cross section.

なお、上記のポリマー繊維の太さとは、ポリマーファイバーの断面が円形のものでは、その断面の円の直径のことを指すが、それ以外では、ファイバー断面における重心を通る最長直線の長さのことである。なお、ポリマーファイバーの長さは太さの10倍以上である。   The thickness of the polymer fiber refers to the diameter of the circle of the cross section when the cross section of the polymer fiber is circular, but otherwise the length of the longest straight line passing through the center of gravity in the fiber cross section. It is. The length of the polymer fiber is 10 times or more the thickness.

本発明におけるポリマー繊維のポリマー材料は、少なくとも一部溶融可能で、かつ繊維状構造を形成する限りにおいて特に制限はなく、樹脂材料をはじめとする有機材料、シリカ、チタニア、粘土鉱物等の無機材料、或いは、前記有機材料と無機材料をハイブリッドさせた材料を用いても構わない。   The polymer material of the polymer fiber in the present invention is not particularly limited as long as it is at least partially meltable and forms a fibrous structure, and is an inorganic material such as an organic material such as a resin material, silica, titania, clay mineral, etc. Alternatively, a material obtained by hybridizing the organic material and the inorganic material may be used.

上記ポリマー材料としては、例えば、テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンの如き含フッ素系ポリマー、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)やPVDFとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体(PVDF−HFP)や、ポリエチレン、ポリプロピレンの如きポリオレフィン系ポリマー;ポリスチレン(PS);ポリパラフェニレンオキサイド、ポリ(2、6−ジメチルフェニレンオキサイド)、ポリパラフェニレンスルフィドの如きポリアリーレン類(芳香族系ポリマー);ポリオレフィン系ポリマー、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアリーレン類(芳香族系ポリマー)に、スルホン酸基(−SOH)、カルボキシル基(−COOH)、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、または、ピリジニウム基を導入したもの;ポリテトラフルオロエチレン、含フッ素系のポリマーの骨格にスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、またはピリジニウム基を導入したパーフルオロスルホン酸ポリマー、パーフルオロカルボン酸ポリマー、パーフルオロリン酸ポリマー;ポリブダジエン系化合物;エラストマーやゲルの如きポリウレタン系化合物;シリコーン系化合物;ポリ塩化ビニル;ポリエチレンテレフタレート;ナイロン;ポリアリレート、さらには、生分解性のポリマーである、ポリカプロラクトン(PCL)やポリ乳酸、さらにはポリエチレンオキシド(PEO)やポリブチレンオキシドなどのエーテル類、やポリエチレンテレフタレート(PET)を始めとした、ポリエステル(PES)類を挙げることができる。なおこれらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また官能基化してもよいし、他のポリマーとの共重合体としてもよい。加えて、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)のような溶融させづらいポリマー材料の場合には、例えば、熱可塑性樹脂を組み合わせて使用すること等が可能となる。 Examples of the polymer material include fluorine-containing polymers such as tetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, such as polyvinylidene fluoride (PVDF), a copolymer of PVDF and hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyethylene, Polyolefin polymers such as polypropylene; polystyrene (PS); polyarylenes such as polyparaphenylene oxide, poly (2,6-dimethylphenylene oxide) and polyparaphenylene sulfide (aromatic polymers); polyolefin polymers, polystyrene, polyimide, polyarylene ethers (aromatic polymers), sulfonic acid (-SO 3 H), carboxyl group (-COOH), a phosphoric acid group, a sulfonium group, ammonium group, or guiding a pyridinium group Perfluorosulfonic acid polymer or perfluorocarboxylic acid polymer in which a sulfonic acid group, carboxyl group, phosphoric acid group, sulfonium group, ammonium group, or pyridinium group is introduced into the skeleton of polytetrafluoroethylene or a fluorine-containing polymer , Perfluorophosphoric acid polymers; polybutadiene compounds; polyurethane compounds such as elastomers and gels; silicone compounds; polyvinyl chloride; polyethylene terephthalate; nylon; polyarylate; (PCL) and polylactic acid, as well as ethers such as polyethylene oxide (PEO) and polybutylene oxide, and polyesters (PES) such as polyethylene terephthalate (PET). Yes. These may be used singly or in combination, may be functionalized, or may be a copolymer with another polymer. In addition, in the case of a polymer material that is difficult to melt, such as polyimide, polyamide, polyamideimide (PAI), and polybenzimidazole (PBI), for example, a thermoplastic resin can be used in combination.

上記無機材料としては、Si、Mg、Al、Ti、Zr、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Sn及びZnの酸化物、より具体的には以下の金属酸化物が挙げられる。シリカ(SiO)、酸化チタン、酸化アルミニウム、アルミナゾル、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化クロム等を挙げることができる。また、モントモリロナイト(MN)の様な粘土鉱物を用いることもできる。 Examples of the inorganic material include Si, Mg, Al, Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Sn, and Zn oxides, and more specifically, the following metal oxides. . Examples thereof include silica (SiO 2 ), titanium oxide, aluminum oxide, alumina sol, zirconium oxide, iron oxide, chromium oxide and the like. A clay mineral such as montmorillonite (MN) can also be used.

なお、無機材料が該ポリマー繊維に含有されている場合には、該繊維同士を融着させることにより、機械的強度が著しく向上する傾向があるため、耐久性の向上の観点からは好ましい。   In addition, when an inorganic material is contained in the polymer fiber, the mechanical strength tends to be remarkably improved by fusing the fibers together, which is preferable from the viewpoint of improving durability.

本発明において、ポリマー繊維がポリマーナノファイバを構成するポリマー材料を少なくとも含んでいる場合には、お互いの相溶性が高く、該繊維同士を強固に融着させられる傾向がある。   In the present invention, when the polymer fiber contains at least the polymer material constituting the polymer nanofiber, the compatibility between the fibers is high and the fibers tend to be firmly fused.

なお、本発明における「前記ポリマー繊維が前記ポリマーナノファイバを構成するポリマー材料を少なくとも含んでいる」とは、前記ポリマー繊維に前記ポリマーナノファイバを構成する同種の骨格構造から形成されるポリマー材料が少なくとも含まれていればよく、全く同じポリマー材料である必要はない。   In the present invention, “the polymer fiber contains at least the polymer material constituting the polymer nanofiber” means that the polymer material formed from the same kind of skeleton structure constituting the polymer nanofiber is included in the polymer fiber. It need only be at least contained and need not be the same polymeric material.

上記のような材料構成とすることで、本発明における繊維材料の機械的強度が著しく向上する傾向があるため、耐久性の向上の観点からは好ましい。   By setting it as the above material structures, since there exists a tendency for the mechanical strength of the fiber material in this invention to improve remarkably, it is preferable from a viewpoint of a durable improvement.

また、前記ポリマー繊維を形成するポリマー材料の溶融温度(融点:Tm)が、前記ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のTmよりも低く、その差が大きい場合には、ポリマー繊維とそれを被覆するポリマーナノファイバとの融着を、ポリマー繊維側を優先的に溶融して融着させることが可能になる。つまり、ポリマーナノファイバの形状(凹凸)を維持し、ポリマーナノファイバの被覆に基づく繊維材料における比表面積の増大効果を発揮させ易くなるため好適である。 When the melting temperature (melting point: Tm 1 ) of the polymer material forming the polymer fiber is lower than the Tm 2 of the polymer material forming the polymer nanofiber and the difference is large, the polymer fiber and It becomes possible to fuse the polymer nanofiber to be coated by fusing the polymer fiber side preferentially. That is, it is preferable because the shape (unevenness) of the polymer nanofiber is maintained and the effect of increasing the specific surface area of the fiber material based on the coating of the polymer nanofiber is easily exhibited.

ここで、ポリマー繊維とポリマーナノファイバとの融点の温度差(Tm−Tm)は5℃以上、好ましくは30℃以上あることが、温度コントロールの観点から好適である。つまり、温度差が5℃未満である場合には、ポリマーナノファイバの形状が維持しづらい傾向がある。 Here, the temperature difference (Tm 2 −Tm 1 ) between the melting points of the polymer fiber and the polymer nanofiber is 5 ° C. or more, preferably 30 ° C. or more, from the viewpoint of temperature control. That is, when the temperature difference is less than 5 ° C., the shape of the polymer nanofiber tends to be difficult to maintain.

また、ポリマー繊維を形成するポリマー材料の融点(Tm)が、ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のガラス転移点(Tg)以下である場合には、融着工程時にポリマーナノファイバの形状を極めて維持させやすいためより好適である。   In addition, when the melting point (Tm) of the polymer material forming the polymer fiber is equal to or lower than the glass transition point (Tg) of the polymer material forming the polymer nanofiber, the shape of the polymer nanofiber is extremely maintained during the fusing process. It is more suitable because it is easy to cause.

なお、本発明においてポリマー繊維あるいはポリマーナノファイバが各々複数のポリマー材料から形成される場合には、該複合材料のTmならびにTgとは、それら各々のTmならびにそれら各々のTgのうち低い方の値を示す。   In the present invention, when polymer fibers or polymer nanofibers are each formed from a plurality of polymer materials, the Tm and Tg of the composite material are the lower value of each Tm and each Tg. Indicates.

ポリマー繊維は、融着工程の取り扱い易さの観点から、シャープメルト性の高い材料を少なくとも有することも好ましい。シャープメルト性の高い材料としては、従来公知のものを適宜単独ならびに複数を組み合わせて用いることができ、例えば、ホットメルト剤やローメルト剤を好適に用いることも可能である。具体的には、ホットメルト剤としては、PES310S30、PES360S30、PES375S40(以上、東亜合成社製)や3738、3747、3762、3764(以上、3M社製)など、またローメルト剤としては3762LM、3776LM、3792LM、3798LM(以上、3M社製)などを適宜単独もしくは組み合わせて使用することが出来る。   The polymer fiber also preferably has at least a material having a high sharp melt property from the viewpoint of easy handling in the fusing process. As the material having high sharp melt property, conventionally known materials can be used alone or in combination, and for example, a hot melt agent or a low melt agent can be suitably used. Specifically, as the hot melt agent, PES310S30, PES360S30, PES375S40 (above, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.), 3738, 3747, 3762, 3764 (above, made by 3M), etc. 3792LM, 3798LM (manufactured by 3M) or the like can be used alone or in combination as appropriate.

(被覆繊維であるポリマーナノファイバについて)
本発明における被覆繊維であるポリマーナノファイバの材料は、特に限定されるものでは無く、少なくともポリマー材料からなる繊維であればよく、有機ポリマーが好ましい。有機ポリマーとしては、従来公知のポリマー材料を適宜用いることが可能である。また、微粒子や従来公知のフィラーを含有したポリマー材料等であっても良く、またそれらを適宜組み合わせて構成することができる。
(About polymer nanofibers that are coated fibers)
The material of the polymer nanofiber that is the coated fiber in the present invention is not particularly limited, and may be a fiber made of at least a polymer material, and an organic polymer is preferable. As the organic polymer, a conventionally known polymer material can be appropriately used. Further, it may be a polymer material containing fine particles or a conventionally known filler, and may be constituted by appropriately combining them.

なお、本発明の実施形態に係るポリマーナノファイバとは、少なくとも1種類以上のポリマーを有し、そのポリマーナノファイバの太さよりも長さの方が長いものである。   In addition, the polymer nanofiber according to the embodiment of the present invention includes at least one type of polymer, and the length is longer than the thickness of the polymer nanofiber.

ポリマーナノファイバとしては、芯繊維であるポリマー繊維よりも細いことが好ましく、また特に、芯繊維に被覆して比表面積を増大させるとの観点からは、該ポリマーナノファイバの太さは、平均直径が1nm以上1μm未満であることが好ましい。さらに好ましくは平均直径30nm以上1μm未満である。   The polymer nanofiber is preferably thinner than the polymer fiber that is the core fiber. In particular, from the viewpoint of increasing the specific surface area by coating the core fiber, the thickness of the polymer nanofiber is the average diameter. Is preferably 1 nm or more and less than 1 μm. More preferably, the average diameter is 30 nm or more and less than 1 μm.

芯繊維の外周面にポリマーナノファイバを被覆するためには、ポリマーナノファイバが芯繊維よりも太い場合には、製造上の観点から取り扱いづらく、ポリマーナノファイバをまた該芯繊維の外周面に被覆することが困難となる場合がある。よって、芯繊維であるポリマー繊維よりも細く、平均直径が1μm未満であることが好ましく、より詳しくは、少なくともポリマー繊維よりも10%以上細いものが好ましい。   In order to coat the outer surface of the core fiber with the polymer nanofiber, if the polymer nanofiber is thicker than the core fiber, it is difficult to handle from the viewpoint of manufacturing. The polymer nanofiber is also coated on the outer surface of the core fiber. May be difficult to do. Therefore, it is preferably thinner than the polymer fiber that is the core fiber and the average diameter is less than 1 μm, and more specifically, it is preferably at least 10% thinner than the polymer fiber.

また、平均直径が1nm未満のポリマーナノファイバは一般的に、セルフアッセンブリー法、フェイズ・セパレーション法などの特殊な手法で製造する必要があり、大量に製造するにはコストがかかる傾向にある。よって、ポリマーナノファイバの太さは1nm以上が好ましい。   In addition, polymer nanofibers having an average diameter of less than 1 nm generally need to be manufactured by a special technique such as a self-assembly method or a phase separation method, and tend to be expensive to manufacture in large quantities. Therefore, the thickness of the polymer nanofiber is preferably 1 nm or more.

ポリマーナノファイバの断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、四角形、多角形,半円形などもよく,また正確な形状でなくてもよいし、任意の断面で形状が異なっていてもよい。   The cross-sectional shape of the polymer nanofiber is not particularly limited, and may be a circle, an ellipse, a rectangle, a polygon, a semicircle, or the like, and may not be an exact shape, or may have a different shape in an arbitrary cross section. .

上記のポリマーナノファイバの太さとは、該ナノファイバの断面が円形のものでは、その断面の円の直径のことを指すが、それ以外では、該ポリマーナノファイバ断面における重心を通る最長直線の長さのことである。なお、ポリマーナノファイバの長さは太さの10倍以上である。   The thickness of the polymer nanofiber refers to the diameter of the circle of the cross section when the cross section of the nanofiber is circular, but otherwise, the length of the longest straight line passing through the center of gravity of the cross section of the polymer nanofiber. That's it. The length of the polymer nanofiber is not less than 10 times the thickness.

本発明に係るポリマーナノファイバに用いられるポリマー材料としては、上述したポリマー繊維として用いるポリマー材料との関係からの制約以外の制約は特になく、上記ポリマー繊維のポリマー材料を適宜使用することができる。   The polymer material used for the polymer nanofiber according to the present invention is not particularly limited except for the relationship with the polymer material used as the polymer fiber described above, and the polymer material of the polymer fiber can be used as appropriate.

また、ポリマー繊維を被覆するポリマーナノファイバが、前記ポリマー繊維を構成するポリマー材料を少なくとも含んでいることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the polymer nanofiber which coat | covers a polymer fiber contains the polymer material which comprises the said polymer fiber at least.

なお、融着工程におけるポリマーナノファイバの形状を維持する観点から、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)のような溶融させづらいポリマー材料を、例えば熱可塑性樹脂などと組み合わせずに、単独で使用することも好適である。つまり、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)などはエンジニアリングプラスチックと呼ばれ、一般的な熱可塑性のポリマー材料のTmよりも高いTgを有するために、これらを用いた場合には、融着工程において、ポリマーナノファイバの形状を維持させ易い傾向があり好適である。   From the viewpoint of maintaining the shape of the polymer nanofiber in the fusion process, a polymer material that is difficult to melt, such as polyimide, polyamide, polyamideimide (PAI), or polybenzimidazole (PBI), is combined with, for example, a thermoplastic resin. It is also preferable to use it alone. In other words, polyimide, polyamide, polyamideimide (PAI), polybenzimidazole (PBI), etc. are called engineering plastics, and they have a Tg higher than that of general thermoplastic polymer materials. Is preferable because it tends to maintain the shape of the polymer nanofiber in the fusion process.

(ポリマー繊維に被覆されるポリマーナノファイバの被覆量)
芯繊維であるポリマー繊維に被覆されるポリマーナノファイバの被覆量は、望みの性能に応じて適宜調整すればよいが、例えばポリマー繊維100重量部に対して1重量部以上95重量部以下、好ましくは5重量部以上90重量部以下が望ましい。ポリマーナノファイバが1重量部未満では、比表面積の増加が大きくならない場合があり好ましくない。またポリマーナノファイバが95重量部をこえるとポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着することが出来ない場合があり好ましくない。
(Coating amount of polymer nanofiber coated on polymer fiber)
The coating amount of the polymer nanofiber coated on the polymer fiber as the core fiber may be appropriately adjusted according to the desired performance. For example, it is 1 part by weight or more and 95 parts by weight or less, preferably 100 parts by weight of the polymer fiber. Is preferably 5 parts by weight or more and 90 parts by weight or less. If the polymer nanofiber is less than 1 part by weight, the increase in specific surface area may not be large, which is not preferable. On the other hand, if the polymer nanofiber exceeds 95 parts by weight, the polymer fibers may not be fused to each other at least in part, which is not preferable.

(本発明に係る繊維材料の製造方法について)
次に、本発明に係る繊維材料の製造方法について説明する。
(About the manufacturing method of the fiber material which concerns on this invention)
Next, the manufacturing method of the fiber material which concerns on this invention is demonstrated.

本発明に係る繊維材料の製造方法は、ポリマー材料からなる芯繊維であるポリマー繊維に、ポリマー材料からなるポリマーナノファイバを被覆させてナノファイバ被覆ポリマー繊維を得る紡糸工程と、前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバを融着し、かつ前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着する融着工程を有することを特徴とする。   The method for producing a fiber material according to the present invention comprises a spinning step of coating a polymer fiber, which is a core fiber made of a polymer material, with a polymer nanofiber made of a polymer material to obtain a nanofiber-coated polymer fiber, and the polymer fiber, The polymer nanofiber covering the polymer fiber is fused, and a plurality of polymer fibers forming the fiber material are fused at least partially to each other.

本発明に係る繊維材料の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、エレクトロスピニング法(電界紡糸法・静電紡糸法)により、ポリマー繊維とポリマーナノファイバを複合紡糸した後にオーブンで加熱して繊維同士およびポリマーナノファイバとポリマー繊維を融着させる方法や該エレクトロスピニング法単独での複合紡糸ではなく、エレクトロスピニング法とメルトブロー法などをと組み合わせて複合して用いても良い。   The method for producing the fiber material according to the present invention is not particularly limited. For example, polymer fibers and polymer nanofibers are compositely spun by electrospinning (electrospinning / electrostatic spinning), and then heated in an oven. Rather than using a method of fusing fibers and polymer nanofibers and polymer fibers, or composite spinning using the electrospinning method alone, a combination of electrospinning and meltblowing may be used.

なお、エレクトロスピニング法とは,シリンジに入ったポリマー溶液とコレクター電極間に高電圧を印可印加することで,シリンジから押出された溶液が電荷を帯びて電界中に飛散しで細線化し,ポリマーファイバーとなってコレクターに付着するポリマーファイバーの製造方法である。   The electrospinning method applies a high voltage between the polymer solution contained in the syringe and the collector electrode, so that the solution extruded from the syringe is charged and scattered in the electric field to become thin, and the polymer fiber This is a method for producing a polymer fiber that adheres to the collector.

上記の製造方法のなかで、様々なポリマーに対してファイバー形状に紡糸できること、またファイバー形状のコントロールが比較的簡便であり、平均直径が数十μmからナノサイズのファイバーを容易に得ることができること、さらには製造プロセスが簡便であることから、エレクトロスピニング法で複合紡糸することが好ましい。   Among the above-mentioned production methods, various polymers can be spun into a fiber shape, the fiber shape control is relatively simple, and an average diameter of several tens of μm to a nano-sized fiber can be easily obtained. Furthermore, since the manufacturing process is simple, it is preferable to perform composite spinning by electrospinning.

本発明の一実施形態である、エレクトロスピニング法によるポリマー繊維ならびにポリマーナノファイバの複合紡糸による紡糸工程については、図2を用いて説明する。   The spinning process by the composite spinning of polymer fiber and polymer nanofiber by electrospinning, which is an embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG.

図2は、本発明の繊維材料の製造方法の一実施形態を示す概略図である。特に、本発明のナノファイバ被覆ポリマー繊維の製造手法の一例である、エレクトロスピニング法を用いた複合紡糸を示す概略図である。   FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of the method for producing a fiber material of the present invention. It is the schematic which shows the composite spinning using the electrospinning method which is an example of the manufacturing method of the nanofiber covering polymer fiber of this invention especially.

図2に示すように、高圧電源16に繋がれた接続部11を介して、複数のポリマー溶液の貯蔵タンク12、13、14が配置されたヘッド17およびアースされたコレクター15を用いて行う。10は繊維材料の製造装置を示す。   As shown in FIG. 2, this is performed using a head 17 in which a plurality of polymer solution storage tanks 12, 13, and 14 are arranged and a grounded collector 15 through a connection portion 11 connected to a high-voltage power supply 16. Reference numeral 10 denotes a fiber material manufacturing apparatus.

ポリマー溶液はタンク12、13、14から紡糸口22,23、24まで一定の速度で押し出される。各紡糸口22,23、24には、1から50kVの電圧が印加されており、電気引力がポリマー溶液の表面張力を越える時、ポリマー溶液のジェット18,19、20がコレクター15に向けて噴射される。この時、ジェット中の溶媒は徐々に揮発し、コレクターに到達する際には、対応する繊維が得られる。ここで、タンク12、13にポリマーナノファイバ化される条件に設定したポリマー溶液を導入し、一方、タンク14にはポリマー繊維化される条件に設定したポリマー溶液を導入して、複合紡糸する。   The polymer solution is extruded from the tanks 12, 13, 14 to the spinning ports 22, 23, 24 at a constant speed. A voltage of 1 to 50 kV is applied to each spinning port 22, 23, 24, and when the electric attractive force exceeds the surface tension of the polymer solution, the polymer solution jets 18, 19, 20 are jetted toward the collector 15. Is done. At this time, the solvent in the jet gradually evaporates, and when it reaches the collector, the corresponding fiber is obtained. Here, the polymer solution set to the conditions for forming the polymer nanofibers is introduced into the tanks 12 and 13, while the polymer solution set to the conditions for forming the polymer fibers is introduced into the tank 14 to perform composite spinning.

ここでは、ポリマー溶液でなく、融点以上に加熱した溶融ポリマーを利用してもよい。   Here, not a polymer solution but a molten polymer heated to a melting point or higher may be used.

なお、ポリマーナノファイバやポリマー繊維は、走査型電子顕微鏡(SEM)やレーザー顕微鏡測定による直接観察により確認できる。   In addition, a polymer nanofiber and a polymer fiber can be confirmed by direct observation by a scanning electron microscope (SEM) or laser microscope measurement.

またポリマーナノファイバやポリマー繊維の平均ファイバー径(平均直径)は、該当する複合繊維膜を走査型電子顕微鏡(SEM)で測定し、その画像を画像解析ソフト「Image J」に取り込んだ後、任意の50点のポリマーナノファイバやポリマー繊維の幅を計測することで求めることができる。   The average fiber diameter (average diameter) of polymer nanofibers and polymer fibers is determined by measuring the corresponding composite fiber membrane with a scanning electron microscope (SEM), and importing the image into image analysis software “Image J”. This can be determined by measuring the widths of the 50 polymer nanofibers and polymer fibers.

(ポリマーナノファイバとポリマー繊維ならびにポリマー繊維同士の融着工程)
本発明における、「前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバを融着し」、あるいは、「前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着する」とは、少なくともポリマー繊維が軟化し、被覆しているポリマーナノファイバあるいは、隣接するポリマー繊維と接着し、その接着境界部が面状であったり、接着境界がなくなっていたりする状態のことをいう。
(Polymer nanofiber and polymer fiber, and fusion process between polymer fibers)
In the present invention, “the polymer fiber and the polymer nanofiber covering the polymer fiber are fused” or “a plurality of polymer fibers forming the fiber material are fused to each other at least partially. “To wear” means that at least the polymer fiber is softened and adhered to the coated polymer nanofiber or the adjacent polymer fiber, and the bonding boundary is planar or the bonding boundary is lost. That means.

また、上記融着工程は特に限定されず、熱融着、超音波融着、摩擦融着に加え、熱圧着による融着(ホットプレス)であってもよいが、取り扱いの容易さから熱融着が好ましい。熱融着の方法としては、特に限定はなく、例えばホットプレスする方法や、工業用ドライヤーやオーブンなどにより加熱することで融着させる方法や、ヒータで一度加温させた後オーブンでさらに後加熱して、融着させる方法などを好適に用いることができる。この中で、オーブンを用いて融着させる手法は、材料全体の温度をムラなく、均一にし易いため、特に好適に用いることができる。   The fusion process is not particularly limited. In addition to thermal fusion, ultrasonic fusion, and frictional fusion, fusion by thermocompression (hot press) may be used. Wear is preferred. There is no particular limitation on the method of heat fusion, for example, a method of hot pressing, a method of fusing by heating with an industrial dryer or an oven, or a post-heating in an oven after heating once with a heater. Thus, a method of fusing can be suitably used. Among them, the method of fusing using an oven can be used particularly suitably because the temperature of the whole material is uniform and easy to make uniform.

融着の温度は、上記ポリマー材料の分解温度以下であれば特に限定されるものではなく、上述したように、用いるポリマー材料や所望する繊維材料等に応じて適宜選択すればよく、例えば、加熱温度は、30から250℃であることが好ましく、さらには、少なくともポリマー繊維あるいはポリマー繊維とポリマーナノファイバ両方の融点付近であることが好適である。また上述したように、融着の温度が、ポリマー繊維を形成するポリマー材料の融点(Tm)以上で、かつポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のガラス転移点(Tg)以下である場合には、ポリマーナノファイバの形状を維持させ易いため極めて好適である。加熱時間は、0.1分から60分が好ましい。   The fusing temperature is not particularly limited as long as it is equal to or lower than the decomposition temperature of the polymer material. As described above, the fusing temperature may be appropriately selected according to the polymer material to be used, the desired fiber material, etc. The temperature is preferably 30 to 250 ° C., and more preferably at least near the melting point of the polymer fiber or both the polymer fiber and the polymer nanofiber. As described above, when the fusion temperature is not lower than the melting point (Tm) of the polymer material forming the polymer fiber and not higher than the glass transition point (Tg) of the polymer material forming the polymer nanofiber, This is very suitable because it is easy to maintain the shape of the polymer nanofiber. The heating time is preferably from 0.1 minute to 60 minutes.

「ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバとの融着」、ならびに「ポリマー繊維同士の融着(ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着していること)」の確認方法は、融着工程前後で、レーザー顕微鏡あるいは電子顕微鏡(SEM)を用いた直接観察において確認することが出来る。   Method of confirming “fusion of polymer fiber and polymer nanofiber covering the polymer fiber” and “fusion of polymer fibers (polymer fibers are fused to each other at least partially)” Can be confirmed by direct observation using a laser microscope or an electron microscope (SEM) before and after the fusion process.

つまり上述したように、本発明におけるポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着している、つまりポリマー繊維同士の少なくとも一部分での融着とは、ポリマー繊維が軟化し、隣接するポリマー繊維と接着し、その接着境界部が面状であったり、接着境界がなくなっていたりする状態のことをいう。よって、ポリマー繊維あるいはポリマーナノファイバが軟化し、隣接するポリマー繊維同士あるいはポリマー繊維とそれを被覆しているポリマーナノファイバとが接着し、その接着境界部が面状であったり、接着境界がなくなっていたりする状態が観察されれば、これらが融着されていると確認できる。   That is, as described above, at least a part of the polymer fibers in the present invention are fused to each other, that is, the fusion of at least a part of the polymer fibers is that the polymer fibers are softened and bonded to the adjacent polymer fibers. The state where the bonding boundary portion is planar or the bonding boundary disappears. Therefore, the polymer fibers or polymer nanofibers soften, and the adjacent polymer fibers or polymer fibers adhere to the polymer nanofibers covering them, so that the bonding boundary is planar or the bonding boundary disappears. If it is observed that it is bent, it can be confirmed that they are fused.

図3には、本発明に係るポリマーナノファイバとポリマー繊維ならびにポリマー繊維同士の融着を示す例として、実施例5のナノファイバ被覆ポリマー繊維材料の光学顕微鏡写真を示す。図3では、ポリアミドイミド(PAI)から形成される平均直径が約700nmのポリマーナノファイバが、ポリエステル系材料(PES)から形成される平均直径が約35μmのポリマー繊維の表面に融着して被覆されていること、さらには、隣り合うポリマー繊維が相互に少なくとも一部融着した構造となっていることが確認できる。   In FIG. 3, the optical micrograph of the nanofiber covering polymer fiber material of Example 5 is shown as an example which shows the fusion | melting of the polymer nanofiber and polymer fiber which concern on this invention, and polymer fibers. In FIG. 3, a polymer nanofiber having an average diameter of about 700 nm formed from polyamideimide (PAI) is fused and coated to the surface of a polymer fiber having an average diameter of about 35 μm formed from a polyester-based material (PES). In addition, it can be confirmed that the polymer fibers adjacent to each other are at least partially fused to each other.

(ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバとの融着度合いの評価)
本発明における、ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの融着度合いの評価は、製造した繊維材料の両面に粘着テープ(NICHIBAN CO.,LTD.:CT−18,0.401 N/mm)を張り合わせ、インストロンテスター(Shimadzu:EZ−test)を用いて垂直に引き剥がす簡易テープ剥離試験を用いて行った。
(Evaluation of degree of fusion between polymer fiber and polymer nanofiber covering the polymer fiber)
In the present invention, the degree of fusion of the polymer nanofibers coated with the polymer fibers is evaluated by using an adhesive tape (NICHIBAN CO., LTD .: CT-18, 0.401 N / mm) on both sides of the produced fiber material. And a simple tape peeling test in which an Instron tester (Shimadzu: EZ-test) was used to peel the film vertically.

つまり、繊維材料表面における任意の10点(観察点)をあらかじめマーキングし、該観察点における簡易テープ剥離試験の前後におけるポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの剥離程度を、レーザー顕微鏡によって観察し、下記のAからCの三段階で評価した。
A:すべての観察点において、ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの剥離が観察されない。
B:1から4点の観察点において、ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの剥離が観察される。
C:5点以上の観察点において、ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの剥離が観察される。
In other words, arbitrary 10 points (observation points) on the surface of the fiber material are marked in advance, and the degree of peeling of the polymer nanofibers covering the polymer fibers before and after the simple tape peeling test at the observation point is observed with a laser microscope. The evaluation was made in the following three stages A to C.
A: Peeling of the polymer nanofiber covering the polymer fiber is not observed at all observation points.
B: Peeling of the polymer nanofiber covering the polymer fiber is observed at 1 to 4 observation points.
C: Peeling of the polymer nanofiber covering the polymer fiber is observed at five or more observation points.

なお、A≫B>Cの順に融着度合いが高く、その結果ポリマーナノファイバとポリマー繊維間の剥離耐性が高い。よって、A≫B>Cの順に、擦れなどの外的要因により、ポリマーナノファイバが容易に剥離・脱落し、繊維材料の比表面積が低下することのないポリマーナノファイバ被覆ポリマー繊維材料が得られる。   Note that the degree of fusion is high in the order of A >> B> C, and as a result, the peel resistance between the polymer nanofiber and the polymer fiber is high. Therefore, in the order of A >> B> C, polymer nanofibers can be easily peeled and dropped due to external factors such as rubbing, and a polymer nanofiber-coated polymer fiber material in which the specific surface area of the fiber material does not decrease can be obtained. .

(ポリマー繊維同士の融着度合いの評価)
ナノファイバ被覆ポリマー繊維材料における、ポリマー繊維同士の融着による繊維材料の機械強度向上の確認は、融着工程前後での対応する繊維材料のヤング率を測定することで容易に行うことが可能である。
(Evaluation of the degree of fusion between polymer fibers)
Confirmation of improvement in mechanical strength of fiber material by fusing polymer fibers in nanofiber coated polymer fiber material can be easily performed by measuring the Young's modulus of the corresponding fiber material before and after the fusing process. is there.

本発明における、ポリマー繊維同士の融着度合いの評価は、融着工程前後での繊維材料の機械強度変化を、島津社製オートグラフ(AG−Xplus)を用いた引っ張り特性測定を用いて行う。   In the present invention, the evaluation of the degree of fusion between polymer fibers is performed by measuring the tensile strength measurement using an autograph (AG-Xplus) manufactured by Shimadzu Corporation for the mechanical strength change of the fiber material before and after the fusion process.

具体的には、融着工程後のサンプルにおいて、ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着していることを、レーザー顕微鏡あるいは電子顕微鏡(SEM)を用いた直接観察により確認する。その後、ポリマーナノファイバが物理的に被覆されているだけの状態の繊維材料のヤング率と、融着工程後のサンプルのヤング率を測定し、そのヤング率の増加割合を算出する。   Specifically, in the sample after the fusion process, it is confirmed by direct observation using a laser microscope or an electron microscope (SEM) that the polymer fibers are fused to each other at least partially. Thereafter, the Young's modulus of the fiber material in a state where the polymer nanofibers are only physically coated and the Young's modulus of the sample after the fusion process are measured, and the increase rate of the Young's modulus is calculated.

なお、ヤング率の増加割合が高いほど、ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着している融着度合いが高く、その結果、繊維材料の機械強度が向上するため、長期に亘って使用することが可能となる。   In addition, the higher the Young's modulus increase rate, the higher the degree of fusion that the polymer fibers are fused to each other at least in part. As a result, the mechanical strength of the fiber material is improved. Is possible.

(融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の評価)
本発明における、融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の評価は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて行うことが出来る。
(Evaluation of polymer nanofiber shape change before and after the fusion process)
The evaluation of the shape change of the polymer nanofiber before and after the fusion process in the present invention can be performed using a scanning electron microscope (SEM).

つまり、融着工程前後の繊維材料を、SEMを用いて観察し、それらの画像を画像解析ソフト「Image J」に取り込んだ後、前記融着工程前後の繊維材料の厚み方向に垂直な方向(上面)から任意の50点のポリマーナノファイバの繊維幅を各々計測し、融着前後での該繊維幅を比較することでポリマーナノファイバの形状変化割合を算出する。そしてその結果を基に、該形状変化割合の程度を下記のIからIIIの三段階で評価した。
I:すべての観察点において、ポリマーナノファイバの変化が観察されない。
II:ポリマーナノファイバの変化が僅かに(+5から+10%以内)観察される。
III:ポリマーナノファイバの変化が極めて大きく(+10%よりも大きい)観察される。
That is, the fiber material before and after the fusing process is observed using an SEM, and those images are taken into the image analysis software “Image J”, and then the direction perpendicular to the thickness direction of the fiber material before and after the fusing process ( The fiber widths of 50 arbitrary polymer nanofibers are measured from the upper surface), and the shape change ratio of the polymer nanofibers is calculated by comparing the fiber widths before and after fusing. Based on the results, the degree of the shape change rate was evaluated in the following three stages I to III.
I: No change in polymer nanofibers is observed at all observation points.
II: A slight change (within +5 to + 10%) of the polymer nanofiber is observed.
III: Changes in polymer nanofibers are observed to be very large (greater than + 10%).

以下、本発明の実施例について説明する。なお、実施例2は、参考例である。 Examples of the present invention will be described below. In addition, Example 2 is a reference example.

なお、以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、これらは例示にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の技術には、以下に例示する具体例を様々に変形、変更したものも含まれる。   In addition, although the Example of this invention is described in detail below, these are only illustrations and do not limit this invention. The technology of the present invention includes various modifications and changes of the specific examples illustrated below.

<実施例1>
本実施例は,ポリマー繊維がポリカプロラクトン(PLC)から形成され、ポリマーナノファイバがポリエチレンオキサイド(PEO)から形成された繊維材料である。繊維材料の製造は以下のように行う。
<Example 1>
This example is a fiber material in which polymer fibers are formed from polycaprolactone (PLC) and polymer nanofibers are formed from polyethylene oxide (PEO). The production of the fiber material is performed as follows.

まず、ポリカプロラクトン(PCL、重量平均分子量80000、アルドリッチ社製)と、THF(テトラヒドロフラン)とDMF(ジメチルホルムアミド)を6:4(体積比)で混合した溶液を用いて、8wt%に調整したPCL希釈液A、1mLを用いる。ポリエチレンオキサイド(アルドリッチ社製)を、純水を用いて、6wt%に調整したPEO希釈液B、2mLを用いる。   First, PCL adjusted to 8 wt% using a solution obtained by mixing polycaprolactone (PCL, weight average molecular weight 80000, manufactured by Aldrich), THF (tetrahydrofuran) and DMF (dimethylformamide) at a ratio of 6: 4 (volume ratio). Use 1 mL of diluent A. 2 mL of PEO diluent B prepared by adjusting polyethylene oxide (manufactured by Aldrich) to 6 wt% using pure water is used.

次に、エレクトロスピニング法により、これらの希釈液を同時に噴射し、複合紡糸することで、芯繊維であるPLCのポリマー繊維に、PEOからなるポリマーナノファイバが物理的に被覆されたナノファイバ被覆ポリマー繊維を得る。   Next, the nanofiber-coated polymer in which the polymer nanofibers made of PEO are physically coated on the PLC polymer fiber, which is the core fiber, by simultaneously injecting these dilute solutions by electrospinning and performing composite spinning. Get fiber.

すなわち、まずエレクトロスピニング装置(メック社製)に、複数の溶液が紡糸可能であるヘッド(クリップスピナレット、図2参照)を備え付ける。   That is, first, an electrospinning apparatus (manufactured by MEC) is equipped with a head (clip spinneret, see FIG. 2) capable of spinning a plurality of solutions.

次に該ヘッドの中心に、PCL希釈溶液Aを充填したタンクを、また両端にはPEO希釈溶液Bを充填したタンクをそれぞれ備え付ける。そして紡糸口に19kVの電圧を印加しながら左右に50mm/sで移動させることで、それぞれの希釈溶液をコレクターに向けて噴射する。そして15分噴射することにより、PCLのポリマー繊維に、PEOのポリマーナノファイバが被覆されたナノファイバ被覆ポリマー繊維を得ることができる。   Next, a tank filled with the PCL diluted solution A is provided at the center of the head, and a tank filled with the PEO diluted solution B is provided at both ends. Then, each diluted solution is jetted toward the collector by moving left and right at 50 mm / s while applying a voltage of 19 kV to the spinneret. By spraying for 15 minutes, a nanofiber-covered polymer fiber in which a polymer fiber of PCL is coated with a polymer nanofiber of PEO can be obtained.

その後、得られたナノファイバ被覆ポリマー繊維をガラスプレートで挟持した後、オーブンに入れ65℃、0.5分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着した繊維材料が得られる。   Then, after sandwiching the obtained nanofiber-coated polymer fiber with a glass plate, it was placed in an oven and heat-treated at 65 ° C. for 0.5 minutes, so that the polymer fiber and the polymer nanofiber were fused and the adjacent A fiber material is obtained in which the polymer fibers are at least partially fused together.

このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径18μmであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径650nmである。   The thickness of the polymer fiber in the fiber material thus obtained has an average diameter of 18 μm, and the thickness of the polymer nanofiber has an average diameter of 650 nm.

<実施例2>
本実施例は、実施例1の変形であり、ポリマー繊維やポリマーナノファイバの材料を変化させ、また下記条件を変化させた以外は実施例1と同様に製造した。
<Example 2>
This example is a modification of Example 1, and was produced in the same manner as Example 1 except that the material of the polymer fiber or polymer nanofiber was changed and the following conditions were changed.

ポリマー繊維の材料として、ポリスチレン(PS、重量平均分子量280000、アルドリッチ社製)およびポリエチレンテレフタレート(PET、重量平均分子量10000、アルドリッチ社製)の混合物(体積比で9:1)を、DMFを用いて30wt%溶液に調整したPS/PET希釈溶液C、1mLを用いる。また、ポリマーナノファイバの材料として、PETをジクロロメタン(DCM)とトリフルオロ酢酸(TA)を1:1(体積比)で混合した溶液を用いて13wt%に調整したPET希釈溶液D、2mLを用いる。   As a polymer fiber material, a mixture of polystyrene (PS, weight average molecular weight 280000, manufactured by Aldrich) and polyethylene terephthalate (PET, weight average molecular weight 10,000, manufactured by Aldrich) (9: 1 by volume) using DMF. Use 1 mL of PS / PET diluted solution C adjusted to a 30 wt% solution. Further, as a polymer nanofiber material, PET diluted solution D and 2 mL adjusted to 13 wt% using a solution in which PET is mixed with dichloromethane (DCM) and trifluoroacetic acid (TA) at 1: 1 (volume ratio) are used. .

なお、紡糸口への電圧の印加は22kVで行う。また、融着工程はオーブンで260℃、0.5分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着した繊維材料が得られる。   The voltage is applied to the spinneret at 22 kV. Also, in the fusion process, a fiber material in which the polymer fiber and the polymer nanofiber are fused in an oven at 260 ° C. for 0.5 minutes, and the adjacent polymer fibers are fused to each other at least partially. Is obtained.

このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径1.5μmであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径300nmである。   The thickness of the polymer fiber in the fiber material thus obtained has an average diameter of 1.5 μm, and the thickness of the polymer nanofiber has an average diameter of 300 nm.

<実施例3>
本実施例は、実施例1の変形であり、ポリマー繊維やポリマーナノファイバの材料を変化させ、また下記条件を変化させた以外は実施例1と同様に製造した。
<Example 3>
This example is a modification of Example 1, and was produced in the same manner as Example 1 except that the material of the polymer fiber or polymer nanofiber was changed and the following conditions were changed.

ポリマー繊維の材料として、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(PVDF−HFP)(カイナー2750、カイナー社製)を、ジメチルアセトアミド(DMAc)を用いて、10wt%溶液に調整したPVDF−HFP希釈溶液E、1mLを用いる。   As a polymer fiber material, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVDF-HFP) (Kayner 2750, manufactured by Kyner) was adjusted to a 10 wt% solution using dimethylacetamide (DMAc), a PVDF-HFP diluted solution E, Use 1 mL.

また、ポリマーナノファイバの材料としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF、カイナー460、カイナー社製)とモンモリロナイト(MN、ナノクレイ、アルドリッチ社製)との混合物を用いた。該混合物は下記の手順で製造した。   As a material for the polymer nanofiber, a mixture of polyvinylidene fluoride (PVDF, Kyner 460, manufactured by Kyner) and montmorillonite (MN, Nanoclay, manufactured by Aldrich) was used. The mixture was prepared by the following procedure.

フィラーであるモンモリロナイト(MN)10mgと、有機溶剤(DMAc)1mLを容器に入れる。粒径2mmのジルコニアボールを容器の容量の1/3まで加え、ボールミル機(フリッチュ社製、遊星型微粒粉砕機)を用いて、200rpm/30分間の条件で分散処理を行う。次いで、母材であるPVDF200mgをDMAc2mLに溶解させた溶液を加え、更に500rpm/60分間の条件で分散処理を行った。このようにして、ポリマーナノファイバの材料である、PVDF−MN希釈混合溶液E、2mLを用意する。   10 mg of montmorillonite (MN) as a filler and 1 mL of organic solvent (DMAc) are put in a container. A zirconia ball having a particle diameter of 2 mm is added to 1/3 of the capacity of the container, and a dispersion treatment is performed using a ball mill (Fritchsch, planetary fine pulverizer) at 200 rpm / 30 minutes. Next, a solution in which 200 mg of PVDF as a base material was dissolved in 2 mL of DMAc was added, and further a dispersion treatment was performed under conditions of 500 rpm / 60 minutes. In this way, 2 mL of PVDF-MN diluted mixed solution E, which is a material of the polymer nanofiber, is prepared.

なお、紡糸口への電圧の印加は18kVで行う。また、融着工程はオーブンで155℃、0.5分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着した繊維材料が得られる。   The voltage is applied to the spinneret at 18 kV. Also, the fusion process is a fiber material in which the polymer fiber and the polymer nanofiber are fused in an oven at 155 ° C. for 0.5 minutes, and the adjacent polymer fibers are fused at least partially to each other. Is obtained.

このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径20μmであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径220nmである。   The thickness of the polymer fiber in the fiber material thus obtained has an average diameter of 20 μm, and the thickness of the polymer nanofiber has an average diameter of 220 nm.

<実施例4>
本実施例は、実施例1の変形であり、ポリマー繊維やポリマーナノファイバの材料を変化させ、下記条件を変化させた以外は実施例1と同様に製造した。
<Example 4>
This example is a modification of Example 1, and was produced in the same manner as Example 1 except that the material of the polymer fiber or polymer nanofiber was changed and the following conditions were changed.

ポリマー繊維の材料は次のようにして調整する。   The material of the polymer fiber is adjusted as follows.

容器の中に、熱可塑性ポリエステル系ホットメルト材料(PES、アロンメルトPES375S40、東亜合成社製、固形分量40wt%、溶媒(トルエン:MEK=8:2))10重量部に、シリカ粒子(SiO,ナノパウダー 平均粒径10から20nm、アルドリッチ社製)を0.1wt%添加して混合する。次に粒径2mmのジルコニアボールを容器容量の1/3まで加え、ボールミル機(フリッチュ社製、遊星型微粒粉砕機)を用いて、500rpm/30分間の条件で分散処理を行い、PES−SiO希釈混合溶液E、1mLを用意する。 In a container, 10 parts by weight of thermoplastic polyester-based hot melt material (PES, Aron Melt PES375S40, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., solid content 40 wt%, solvent (toluene: MEK = 8: 2)), silica particles (SiO 2 , Nanopowder with an average particle diameter of 10 to 20 nm (manufactured by Aldrich) is added and mixed. Next, zirconia balls having a particle size of 2 mm are added to 1/3 of the container volume, and dispersion treatment is performed using a ball mill (Fritchsch, planetary fine pulverizer) under conditions of 500 rpm / 30 minutes, and PES-SiO Prepare 1 mL of 2 diluted mixed solution E.

また、ポリマーナノファイバの材料としては、ポリベンゾイミダゾール(PBI、アルドリチ社製)を4wt%の塩化リチウム(LiCl)を溶解させたDMAc溶液に20wt%となるように調整した、PBI希釈溶液F、2mLを用いる。   In addition, as a material of the polymer nanofiber, a PBI diluted solution F, in which polybenzimidazole (PBI, manufactured by Aldrich) was adjusted to 20 wt% in a DMAc solution in which 4 wt% lithium chloride (LiCl) was dissolved, Use 2 mL.

なお、紡糸口への電圧の印加は23kVで行う。また、融着工程はオーブンンで130℃、1分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマーナノファイバ被覆ポリマー繊維が融着した繊維材料が得られる。   The voltage is applied to the spinneret at 23 kV. Also, in the fusion process, heat treatment is performed at 130 ° C. for 1 minute in an oven to obtain a fiber material in which the polymer fiber and the polymer nanofiber are fused, and the adjacent polymer nanofiber-covered polymer fiber is fused. It is done.

このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径40μmであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径150nmである。   The thickness of the polymer fiber in the fiber material thus obtained has an average diameter of 40 μm, and the thickness of the polymer nanofiber has an average diameter of 150 nm.

<実施例5>
本実施例は、実施例1の変形であり、ポリマー繊維やポリマーナノファイバの材料を変化させ、下記条件を変化させた以外は実施例1と同様に製造した。
<Example 5>
This example is a modification of Example 1, and was produced in the same manner as Example 1 except that the material of the polymer fiber or polymer nanofiber was changed and the following conditions were changed.

ポリマー繊維の材料は熱可塑性ポリエステル系ホットメルト材料(PES、アロンメルトPES375S40、東亜合成社製、固形分量40wt%、溶媒(トルエン:MEK=8:2))、1mLを用意する。   As the polymer fiber material, 1 mL of a thermoplastic polyester-based hot melt material (PES, Aron Melt PES375S40, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., solid content 40 wt%, solvent (toluene: MEK = 8: 2)) is prepared.

ポリマーファイバーの材料としては、ポリアミドイミド(PAI、パイロマックスHR−13NX)をDMFを用いて、固形分濃度を25wt%にしたものを用いた。   As a material for the polymer fiber, a polyamideimide (PAI, Pyromax HR-13NX) with a solid content concentration of 25 wt% using DMF was used.

なお、紡糸口への電圧の印加は19kVで行う。また、融着工程はオーブンンで130℃、1分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマーナノファイバ被覆ポリマー繊維が融着した繊維材料が得られる。   The voltage is applied to the spinneret at 19 kV. Also, in the fusion process, heat treatment is performed at 130 ° C. for 1 minute in an oven to obtain a fiber material in which the polymer fiber and the polymer nanofiber are fused, and the adjacent polymer nanofiber-covered polymer fiber is fused. It is done.

このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径35μmであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径700nmである。図3に、本発明の実施例5の繊維材料の光学顕微鏡写真を示す。図3の中の「1」で示す2点間の長さは、33μmである。   The thickness of the polymer fiber in the fiber material thus obtained has an average diameter of 35 μm, and the thickness of the polymer nanofiber has an average diameter of 700 nm. In FIG. 3, the optical microscope photograph of the fiber material of Example 5 of this invention is shown. The length between two points indicated by “1” in FIG. 3 is 33 μm.

<比較例1>
本比較例は、実施例1の変形であり、実施例1における融着工程を行わずに製造した以外は実施例1と同様に繊維材料を製造した。
<Comparative Example 1>
This comparative example is a modification of Example 1, and a fiber material was produced in the same manner as in Example 1 except that it was produced without performing the fusing process in Example 1.

このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径9μmであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径500nmである。   The thickness of the polymer fiber in the fiber material thus obtained has an average diameter of 9 μm, and the thickness of the polymer nanofiber has an average diameter of 500 nm.

下記の表1に実施例および比較例において用いたポリマー材料の融点(Tm)およびガラス転移点(Tg)を示す。   Table 1 below shows melting points (Tm) and glass transition points (Tg) of polymer materials used in Examples and Comparative Examples.

(繊維材料の性能評価)
実施例1から5における繊維材料は,ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバが融着し、かつ繊維材料を形成している複数のポリマー繊維は相互に融着した構造になっていることがSEMにより観察された。
(Fiber material performance evaluation)
The fiber materials in Examples 1 to 5 have a structure in which polymer fibers and polymer nanofibers covering the polymer fibers are fused, and a plurality of polymer fibers forming the fiber material are fused to each other. It was observed by SEM.

ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性を、上述のテープ剥離試験による「ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバとの融着度合いの評価」により検討した。   The peel resistance between the nanofiber and the core fiber was examined by “evaluation of the degree of fusion between the polymer fiber and the polymer nanofiber covering the polymer fiber” by the tape peel test described above.

繊維材料の機械強度は、引っ張り強度試験による「ポリマーナノファイバ被覆ポリマー繊維同士の融着度合いの評価」により検討した。   The mechanical strength of the fiber material was examined by “evaluation of the degree of fusion between polymer nanofiber-coated polymer fibers” by a tensile strength test.

また、ポリマーナノファイバを被覆することで、比表面積の大きな繊維材料が得られるが、被覆しているポリマーナノファイバが融着前後で維持されていること(ナノファイバ被覆ポリマー繊維の凹凸の維持)を、上述の「融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の評価」により検討した。   In addition, a fiber material with a large specific surface area can be obtained by coating polymer nanofibers, but the coated polymer nanofibers are maintained before and after fusion (maintenance of irregularities of nanofiber-coated polymer fibers). Were examined by the above-mentioned "Evaluation of shape change of polymer nanofiber before and after the fusion process".

下記の表2には、実施例ならびに比較例における、用いた材料、剥離試験結果、強度増加割合、および融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の程度の結果を示す。   Table 2 below shows the results of the materials used, the peel test results, the strength increase rate, and the degree of change in the shape of the polymer nanofibers before and after the fusion process in Examples and Comparative Examples.

〔ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバとの融着度合いの評価〕
実施例1から5と比較例1の結果から、実施例1から5では、ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバを融着させることで、テープ剥離試験において、全く(A)もしくは極めて僅か(B)しかポリマーナノファイバが剥がれず、ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性の著しい性能向上が確認出来る。
[Evaluation of degree of fusion between polymer fiber and polymer nanofiber covering the polymer fiber]
From the results of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, in Examples 1 to 5, the polymer fibers and the polymer nanofibers covering the polymer fibers were fused, and in the tape peeling test, (A ) Or very little (B), the polymer nanofibers are peeled off, and a remarkable performance improvement in the peel resistance between the nanofibers and the core fibers can be confirmed.

特に、実施例1と比較例1から、同一のポリマー繊維/ポリマーナノファイバ材料系においても、ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバが融着させられることで、テープ剥離試験において、著しい性能向上が行えることが確認(C→B)出来る。   In particular, from Example 1 and Comparative Example 1, even in the same polymer fiber / polymer nanofiber material system, the polymer fiber and the polymer nanofiber covering the polymer fiber are fused, so that the tape peeling test is performed. It can be confirmed that a significant performance improvement can be achieved (C → B).

加えて、実施例2および実施例3から、ポリマー繊維の材料およびポリマーナノファイバの材料に同じポリマー材料(ポリマー材料を構成する構造が同じ)が含有されていれば、ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバを融着させることで、テープ剥離試験において、全くポリマーナノファイバが剥がれず(A)、ポリマーナノファイバと芯繊維間の剥離耐性の著しい性能向上が行えることが確認出来る。   In addition, from Example 2 and Example 3, if the same polymer material (same structure constituting the polymer material) is contained in the polymer fiber material and the polymer nanofiber material, the polymer fiber and the polymer fiber By fusing polymer nanofibers coated with polymer, it was confirmed that in the tape peeling test, the polymer nanofibers were not peeled off at all (A), and the performance of peeling resistance between the polymer nanofibers and the core fibers could be significantly improved. I can do it.

よって、本発明における繊維材料は、ポリマーナノファイバと芯繊維間の剥離耐性が高いことが分かる。つまり、擦れなどの外的要因により、ポリマーナノファイバが容易に剥離・脱落し、繊維材料の比表面積が低下することはない。   Therefore, it turns out that the fiber material in this invention has high peeling tolerance between a polymer nanofiber and a core fiber. In other words, the polymer nanofiber is not easily peeled off or dropped off due to external factors such as rubbing, and the specific surface area of the fiber material does not decrease.

〔ポリマー繊維同士の融着度合いの評価〕
実施例1から5の繊維材料を形成している複数のポリマー繊維は相互に融着した構造になっていることで、融着前後で、引っ張り強度が数倍に向上し、繊維材料の機械強度が著しく高く向上することが確認できる。
[Evaluation of degree of fusion between polymer fibers]
The plurality of polymer fibers forming the fiber material of Examples 1 to 5 have a structure in which the fiber materials are fused to each other, so that the tensile strength is improved several times before and after the fusion, and the mechanical strength of the fiber material Can be confirmed to be significantly higher.

なお、無機フィラー(MN、SiO)やエンジニアリングプラスチック(PBI、PAI)の材料を用いて繊維材料を構成した場合には、融着工程前後で大きな機械強度の向上を示す傾向も確認できた(実施例3から5)。 Incidentally, the inorganic filler (MN, SiO 2) and engineering plastics (PBI, PAI) in case where the fiber material by using a material was also confirmed tend to exhibit improved high mechanical strength before and after fusion process ( Examples 3 to 5).

よって、本発明における繊維材料の機械強度が高いことが分かる。つまり、芯繊維同士が容易にほつれることがなく、長期使用に有利である。   Therefore, it turns out that the mechanical strength of the fiber material in this invention is high. That is, the core fibers are not easily frayed, which is advantageous for long-term use.

〔融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の評価〕
実施例1から3の結果から、ポリマー繊維を形成するポリマー材料の融点(Tm)が、ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料の融点(Tm)よりも低く、その温度差(Tm−Tm)が5℃以上(実施例1:PCL(Tm:60℃)、PEO(Tm:65℃))の場合で融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状が良好に維持(II)されることが分かる。
[Evaluation of shape change of polymer nanofiber before and after fusion process]
From the results of Examples 1 to 3, the melting point (Tm 1 ) of the polymer material forming the polymer fiber is lower than the melting point (Tm 2 ) of the polymer material forming the polymer nanofiber, and the temperature difference (Tm 2 −Tm). 1 ) is 5 ° C. or higher (Example 1: PCL (Tm 1 : 60 ° C.), PEO (Tm 2 : 65 ° C.)), and the shape of the polymer nanofiber is maintained well before and after the fusion process (II) You can see that

また、実施例2と実施例3の結果から、該温度差(Tm−Tm)が30℃以上ある(実施例2:PS(Tm:230℃)、PET(Tm:260℃)、実施例3:PVDF−HFP(Tm:130℃)、PVDF(Tm:160℃))場合には、変化割合が10%未満と低くなることも確認できる。 Further, from the results of Examples 2 and 3, the temperature difference (Tm 2 -Tm 1) is 30 ° C. or higher (Example 2: PS (Tm 1: 230 ℃), PET (Tm 2: 260 ℃) In Example 3, PVDF-HFP (Tm 1 : 130 ° C.) and PVDF (Tm 2 : 160 ° C.)), it can also be confirmed that the change rate is as low as less than 10%.

また、実施例4と実施例5の結果から、ポリマー繊維を形成するポリマー材料のTmが、前記ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のガラス転移点(Tg)以下の場合(実施例4:PES(Tm:130℃)、PBI(Tg:473℃)、実施例5:PES(Tm:130℃)、PAI(Tg:290℃))には、融着工程時にポリマーナノファイバの形状が維持できることが確認できる。 Further, from the results of Example 4 and Example 5, when Tm 1 of the polymer material forming the polymer fiber is equal to or lower than the glass transition point (Tg) of the polymer material forming the polymer nanofiber (Example 4: PES) (Tm 1 : 130 ° C.), PBI (Tg: 473 ° C.), Example 5: PES (Tm 1 : 130 ° C.), PAI (Tg: 290 ° C.) has a shape of the polymer nanofiber during the fusing process. It can be confirmed that it can be maintained.

また、前記ポリマー繊維を形成するポリマー材料の溶融温度(融点:Tm)が、前記ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のTmよりも低く、その差が大きい場合には、ポリマー繊維とそれを被覆するポリマーナノファイバとの融着を、ポリマー繊維側を優先的に溶融して融着させることが可能になる。 When the melting temperature (melting point: Tm 1 ) of the polymer material forming the polymer fiber is lower than the Tm 2 of the polymer material forming the polymer nanofiber and the difference is large, the polymer fiber and It becomes possible to fuse the polymer nanofiber to be coated by fusing the polymer fiber side preferentially.

よって、本発明によって、ポリマーナノファイバの形状(凹凸)を維持しつつ、ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバを融着させた繊維材料が製造できるため、ポリマーナノファイバの被覆に基づく比表面積の増大効果を発揮させ易い。   Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture a fiber material in which a polymer fiber and a polymer nanofiber covering the polymer fiber are fused while maintaining the shape (unevenness) of the polymer nanofiber. It is easy to exhibit the effect of increasing the specific surface area based on the coating.

以上の各実施例で示したように、本発明の構成により、ポリマーナノファイバと芯繊維のポリマー繊維間の剥離強度ならびに繊維材料の機械強度が高い、高比表面積を有する、ナノファイバを被覆した繊維材料を提供することができる。   As shown in each of the above examples, according to the configuration of the present invention, the nanofiber having a high specific surface area and high peel strength between the polymer nanofiber and the core fiber and the mechanical strength of the fiber material are coated. A fiber material can be provided.

本発明のナノファイバを被覆した繊維材料は、擦れなどの外的要因が加わっても長期に亘って使用可能な比表面積の高い繊維材料となり得ることから、例えば静電気発生装置や粒子電界選別装置における摩擦帯電材料として利用することができる。   The fiber material coated with the nanofiber of the present invention can be a fiber material having a high specific surface area that can be used for a long time even if external factors such as rubbing are applied. It can be used as a friction charging material.

1 ナノファイバ被覆ポリマー繊維
2 ポリマー繊維
3 ポリマーナノファイバ
4 繊維材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nanofiber coating polymer fiber 2 Polymer fiber 3 Polymer nanofiber 4 Fiber material

Claims (5)

芯繊維であるポリマー繊維にポリマーナノファイバが被覆されて形成されたナノファイバ被覆ポリマー繊維が複数集まって構成された繊維膜であって、
前記ナノファイバ被覆ポリマー繊維は、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバとをエレクトロスピニング法により紡糸することによって得られたものであり
前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバとは融着しており、前記繊維膜を構成している複数の前記ポリマー繊維は、少なくとも一部分で相互に融着した構造を有しており、
前記ポリマー繊維の平均直径は10μm以上50μm以下であり、前記ポリマーナノファイバの平均直径は1nm以上1μm未満であることを特徴とする繊維膜。
A fiber membrane composed of a plurality of nanofiber-covered polymer fibers formed by coating polymer fibers as core fibers with polymer nanofibers,
The nanofiber-coated polymer fiber is obtained by spinning the polymer fiber and the polymer nanofiber by an electrospinning method ,
The polymer fibers and the polymer nanofibers covering the polymer fibers are fused, and the plurality of polymer fibers constituting the fiber film have a structure in which the polymer films are fused at least partially to each other. Have
An average diameter of the polymer fibers is 10 μm or more and 50 μm or less, and an average diameter of the polymer nanofibers is 1 nm or more and less than 1 μm.
前記ポリマー繊維を被覆する前記ポリマーナノファイバが、前記ポリマー繊維を構成するポリマー材料を少なくとも含んでいることを特徴とする請求項1に記載の繊維膜。   The fiber membrane according to claim 1, wherein the polymer nanofiber covering the polymer fiber contains at least a polymer material constituting the polymer fiber. 前記ポリマー繊維を形成するポリマー材料の融点が、前記ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のガラス転移点下であることを特徴とする請求項1または2に記載の繊維膜。   The fiber membrane according to claim 1 or 2, wherein a melting point of the polymer material forming the polymer fiber is below a glass transition point of the polymer material forming the polymer nanofiber. ポリマー材料からなる芯繊維であるポリマー繊維に、ポリマー材料からなるポリマーナノファイバを被覆させてナノファイバ被覆ポリマー繊維を得る紡糸工程と、
前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバを融着し、かつ、前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着する融着工程を有し、
前記紡糸工程は、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバとをエレクトロスピニング法により紡糸する工程を含み、
前記ポリマー繊維の平均直径は10μm以上50μm以下であり、前記ポリマーナノファイバの平均直径は1nm以上1μm未満であることを特徴とする繊維膜の製造方法。
A spinning step of coating a polymer fiber, which is a core fiber made of a polymer material, with a polymer nanofiber made of a polymer material to obtain a nanofiber-coated polymer fiber;
A fusion step of fusing the polymer fiber and the polymer nanofiber covering the polymer fiber, and fusing the plurality of polymer fibers forming the fiber material to each other at least partially; And
The spinning step may include Ri紡 yarn by the said polymer fibers and the polymer nanofibers electrospinning method,
The average diameter of the polymer fibers is 10 μm or more and 50 μm or less, and the average diameter of the polymer nanofibers is 1 nm or more and less than 1 μm.
前記融着工程は、熱融着、超音波融着、摩擦融着または熱圧着による融着により行うことを特徴とする請求項4に記載の繊維膜の製造方法。   5. The method for producing a fiber membrane according to claim 4, wherein the fusing step is performed by fusing by heat fusing, ultrasonic fusing, friction fusing, or thermocompression bonding.
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