JP6496120B2 - High melting point resin fiber and nonwoven fabric - Google Patents

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Description

本発明は、溶融型静電紡糸法を利用した高融点樹脂ファイバー及び不織布に関する。
さらに詳細には、加熱手段としてレーザー光線を用いる溶融型静電紡糸法(レーザー溶融エレクトロスピニング法)により高融点樹脂(フィルム)を直径4μm以下の極細繊維に加工した高融点樹脂ファイバー及び高融点樹脂ファイバーからなる不織布に関する。
The present invention relates to a high melting point resin fiber and a nonwoven fabric using a melt type electrospinning method.
More specifically, a high melting point resin fiber and a high melting point resin fiber obtained by processing a high melting point resin (film) into ultrafine fibers having a diameter of 4 μm or less by a melt type electrospinning method (laser melting electrospinning method) using a laser beam as a heating means. It is related with the nonwoven fabric which consists of.

近年、サブミクロン又はナノメータオーダの繊維径を有する繊維は、大きい比表面積と繊維形態とを活用した新規な材料を開発可能な点から注目されている。このような繊維を製造する方法としては、例えば、高分子融液に高電圧を作用させて繊維を形成する静電紡糸法(溶融型静電紡糸法)が提案されている。   In recent years, fibers having a fiber diameter of submicron or nanometer order have attracted attention because they can develop new materials utilizing a large specific surface area and fiber form. As a method for producing such a fiber, for example, an electrostatic spinning method (melting type electrospinning method) in which a high voltage is applied to a polymer melt to form a fiber has been proposed.

溶融型静電紡糸法としては、例えば、特許文献1では、レーザー光を照射して熱可塑性樹脂を加熱溶融させる加熱溶融工程と、熱可塑性樹脂の溶融部に電圧を作用させて、伸長する繊維をコレクターに捕集する静電紡糸工程とを経て繊維を製造する溶融型静電紡糸法(レーザー溶融エレクトロスピニング法)が提案されている。そして、この方法では、紡糸材料として線状体樹脂を使用し、その先端から繊維を吐出させることにより繊維を製造している。   As the melt-type electrostatic spinning method, for example, in Patent Document 1, a heating and melting step in which a thermoplastic resin is heated and melted by irradiating a laser beam, and a fiber that stretches by applying a voltage to a melting portion of the thermoplastic resin. A melt-type electrospinning method (laser melt electrospinning method) has been proposed in which fibers are produced through an electrospinning process in which a collector is collected. In this method, a linear resin is used as the spinning material, and the fiber is produced by discharging the fiber from its tip.

また、特許文献2では、上記レーザー溶融エレクトロスピニング法を利用して、熱可塑性樹脂からなるシート状物に線状レーザー光を照射して上記シート状物の端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した部分と金属コレクターとの間に電位差を設けることにより、上記シート状物の加熱溶融した部分に針状突出部を形成し、この針状突出部から吐出される繊維を金属コレクター方向に飛翔させ、金属コレクターあるいは、上記溶融部分と金属コレクター間に介在させた捕集部材上に捕集している。   Moreover, in patent document 2, using the said laser melting electrospinning method, while irradiating a linear laser beam to the sheet-like material which consists of a thermoplastic resin, the edge part of the said sheet-like material is heated and melted linearly. By providing a potential difference between the melted portion and the metal collector, a needle-like protrusion is formed in the heated and melted portion of the sheet-like material, and the fibers discharged from the needle-like protrusion are directed in the metal collector direction. It is made to fly and collected on a metal collector or a collecting member interposed between the molten portion and the metal collector.

ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアミドイミド(PAI)などの高融点樹脂は、耐熱性、難燃性、耐薬品性、耐衝撃性を有し、スーパーエンジニアリングプラスチックとも呼ばれ、自動車や電気・電子分野の用途で広く使用されている。中でもPEEKは、融点が334℃で、250℃で連続使用できるという超耐熱性を持ち、熱可塑性樹脂として最高の耐熱性と有機溶剤などへの耐薬品性を持つ芳香族系のプラスチックである。   High melting point resins such as polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), and polyamideimide (PAI) have heat resistance, flame resistance, chemical resistance, and impact resistance, and are also called super engineering plastics It is widely used in the automotive and electrical / electronic fields. Among them, PEEK is an aromatic plastic having a melting point of 334 ° C. and super heat resistance that can be continuously used at 250 ° C., and has the highest heat resistance as a thermoplastic resin and chemical resistance to an organic solvent.

これらの高融点樹脂をファイバー(繊維)化する方法としては、メルトブローンなどの手法が知られているが、ファイバーの直径は、数μ〜数十μmであり、より極細なナノファイバーを得ることは困難である。また、より極細なナノファイバーを得る手法としては、エレクトロスピニングなどの手法が知られているが、PEEKなどの高融点であるスーパーエンジニアリングプラスチックは、有機溶媒などに不溶な場合が多いため適用することはできない。   As a method for converting these high melting point resins into fibers (fibers), a technique such as melt blown is known, but the diameter of the fibers is several μ to several tens μm, and it is possible to obtain finer nanofibers. Have difficulty. In addition, as a technique for obtaining finer nanofibers, a technique such as electrospinning is known, but super engineering plastics having a high melting point such as PEEK are often insoluble in organic solvents and the like. I can't.

特開2007−239114号公報JP 2007-239114 A 特開2010−275661号公報JP 2010-275661 A

一方、特許文献2のレーザー溶融エレクトロスピニング法では、原料フィルムの結晶化度をコントロールしておらず、その結晶化度が高い場合は、加工速度を上げることが難しかった。また、得られたファイバーは、直径が5μm以上となっていた。さらに、得られたファイバーの結晶化度が高く、加工成形することが困難であった。   On the other hand, in the laser melting electrospinning method of Patent Document 2, the crystallinity of the raw material film is not controlled, and if the crystallinity is high, it is difficult to increase the processing speed. The obtained fiber had a diameter of 5 μm or more. Furthermore, the degree of crystallinity of the obtained fiber was high, and it was difficult to process and mold it.

従って、本発明の目的は、耐熱性、耐溶剤性を持ち、加工成形性に優れた直径4μm以下の高融点樹脂ファイバー及び高融点樹脂ファイバーからなる不織布を提供することにある。また、本発明の目的は、レーザー溶融エレクトロスピニング法を用いて、効率の良い直径4μm以下である高融点樹脂ファイバーの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-melting point resin fiber having a diameter of 4 μm or less and a non-woven fabric made of a high-melting point resin fiber, which has heat resistance and solvent resistance and excellent workability. Another object of the present invention is to provide a method for producing a high-melting point resin fiber having a diameter of 4 μm or less by using a laser melting electrospinning method.

そこで、本発明者らが、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、レーザー溶融エレクトロスピニング法にて、原料として非結晶性の樹脂を高分子シートとして用いることで、直径4μm以下の高融点樹脂ファイバーが得られ、それによって製造されたファイバーを熱成形することで耐熱、耐溶剤性を持ったファイバーが得られることを見出し、本発明を完成した。   Therefore, as a result of intensive studies by the present inventors to achieve the above object, a high melting point resin having a diameter of 4 μm or less is obtained by using an amorphous resin as a polymer sheet as a raw material in the laser melting electrospinning method. A fiber was obtained, and it was found that a fiber having heat resistance and solvent resistance was obtained by thermoforming the fiber produced thereby, and the present invention was completed.

すなわち、本発明の高融点樹脂ファイバーは、直径が4μm以下であり、融点が250℃以上の樹脂からなることを特徴とする。   That is, the high melting point resin fiber of the present invention is characterized by comprising a resin having a diameter of 4 μm or less and a melting point of 250 ° C. or more.

また、本発明の高融点樹脂ファイバーは、融点が250℃以上の樹脂がPEEKであることが好ましい。   In the high melting point resin fiber of the present invention, the resin having a melting point of 250 ° C. or higher is preferably PEEK.

また、本発明の高融点樹脂ファイバーは、結晶化度が30%以下であることが好ましい。   The high melting point resin fiber of the present invention preferably has a crystallinity of 30% or less.

本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法は、非結晶性の高融点樹脂からなる高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記高分子シートの帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出される繊維を前記繊維捕集板方向に飛翔させ、前記繊維捕集板あるいは、上記溶融部分と前記繊維捕集板間に介在させた捕集部材上に捕集することにより高融点樹脂ファイバーを得ることを特徴とする。   In the method for producing a high melting point resin fiber of the present invention, a polymer sheet made of an amorphous high melting point resin is irradiated with a band-shaped laser beam to heat and melt the end portion of the polymer sheet in a linear shape and melt. By providing a potential difference between the belt-like melted portion and the fiber collecting plate, a needle-like projecting portion is formed in the belt-like melted portion of the polymer sheet, and fibers discharged from the needle-like projecting portion are collected in the fiber. A high melting point resin fiber is obtained by flying in the plate direction and collecting on the fiber collecting plate or a collecting member interposed between the molten portion and the fiber collecting plate.

また、本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法は、前記高分子シートの送り速度が2〜20mm/minであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the manufacturing method of the high melting point resin fiber of this invention is 2-20 mm / min in the feed rate of the said polymer sheet.

また、本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法は、前記電位差が0.1〜30kV/cmであることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said electrical potential difference is 0.1-30 kV / cm in the manufacturing method of the high melting point resin fiber of this invention.

また、本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法は、前記高分子シートの400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度が800Pa・s以下であることが好ましい。   Moreover, the manufacturing method of the high melting point resin fiber of this invention is that the viscosity at the time of the shear rate (shear rate) 121.6 (1 / s) of the said polymer sheet measured at 400 degreeC is 800 Pa.s or less. Is preferred.

本発明の不織布は、上記本発明の高融点樹脂ファイバーから得られることを特徴とする。   The nonwoven fabric of the present invention is obtained from the high melting point resin fiber of the present invention.

本発明の高融点樹脂ファイバーは、結晶化度が低いため加工性に優れ、PEEKなどの高融点樹脂を材料としているため、耐熱性や耐薬品性にも優れる。また、これを用いた不織布は、非常に極細な繊維からなり、電池のセパレーターや医療用材料のフィルターなどとして用いた場合の分離能に優れ、PEEKなどの高融点樹脂を材料としているため、耐久性、耐熱性や耐薬品性にも優れる。   Since the high melting point resin fiber of the present invention has a low crystallinity, it is excellent in workability, and since a high melting point resin such as PEEK is used as a material, it is excellent in heat resistance and chemical resistance. In addition, non-woven fabric using this is made of very fine fibers, has excellent separation ability when used as a battery separator or a filter for medical materials, and is made of a high melting point resin such as PEEK. Excellent in heat resistance, chemical resistance and chemical resistance.

本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法の一例を模式的に示す概略図である。It is the schematic which shows typically an example of the manufacturing method of the high melting point resin fiber of this invention. 帯状溶融部に形成されるテーラーコーンの模式図である。It is a schematic diagram of the tailor cone formed in a belt-shaped melted part. 本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法を含んだ不織布製造装置の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the nonwoven fabric manufacturing apparatus containing the manufacturing method of the high melting point resin fiber of this invention.

[高融点樹脂ファイバー]
本発明の高融点樹脂ファイバーは、繊維径の小さい極細繊維であり、その直径は4μm以下である。上記ファイバーの直径は、好ましくは3μm以下(0.1〜3μm)であり、より好ましくは2μm以下である。また、このような直径を有する極細繊維には、例えば、50〜1000nm程度の繊維径を有する繊維が含まれていてもよい。そして、ファイバーの直径は、後述する高融点樹脂ファイバー製造方法の各種条件(例えば、高分子シートの厚さや高分子シートの送り速度、レーザー強度等)を適宜調整することにより、調整することができる。なお、高融点樹脂ファイバーの直径は、例えば、電子顕微鏡を用いて測定することができる。
[High melting point resin fiber]
The high melting point resin fiber of the present invention is an ultrafine fiber having a small fiber diameter, and its diameter is 4 μm or less. The diameter of the fiber is preferably 3 μm or less (0.1 to 3 μm), more preferably 2 μm or less. In addition, the ultrafine fiber having such a diameter may include, for example, a fiber having a fiber diameter of about 50 to 1000 nm. And the diameter of a fiber can be adjusted by adjusting suitably various conditions (for example, the thickness of a polymer sheet, the feeding speed of a polymer sheet, laser intensity, etc.) of the high melting point resin fiber manufacturing method mentioned below. . The diameter of the high melting point resin fiber can be measured using, for example, an electron microscope.

本発明の高融点樹脂ファイバーは、融点が250℃以上の樹脂からなる。高融点樹脂ファイバーの融点は、好ましくは260℃以上、より好ましくは270℃以上、さらに好ましくは280℃以上である。このような融点が250℃以上の樹脂としては、特に制限されないが、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(融点334℃)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)(融点290℃)、ポリアミドイミド(PAI)(融点300℃)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)(融点327℃)、シリコン樹脂(融点300℃程度)、フッ素樹脂(融点327℃)、液晶ポリマー(融点260〜300℃)などが挙げられる。中でも融点が高く、耐熱性と耐溶剤性に優れることから、PEEKが好ましい。   The high melting point resin fiber of the present invention comprises a resin having a melting point of 250 ° C. or higher. The melting point of the high melting point resin fiber is preferably 260 ° C. or higher, more preferably 270 ° C. or higher, and further preferably 280 ° C. or higher. Such a resin having a melting point of 250 ° C. or higher is not particularly limited. For example, polyether ether ketone (PEEK) (melting point 334 ° C.), polyphenylene sulfide (PPS) (melting point 290 ° C.), polyamideimide (PAI) (Melting point: 300 ° C.), polytetrafluoroethylene (PTFE) (melting point: 327 ° C.), silicon resin (melting point: about 300 ° C.), fluororesin (melting point: 327 ° C.), liquid crystal polymer (melting point: 260-300 ° C.), and the like. Among them, PEEK is preferable because of its high melting point and excellent heat resistance and solvent resistance.

本発明の高融点樹脂ファイバーは、結晶化度が30%以下であることが好ましい。上記結晶化度は、29%以下であることがより好ましく、28%以下であることがさらに好ましい。結晶化度が30%以下であると、加工性に優れ、不織布、フィルター、セパレーターなどに容易に成形することができる。上記結晶化度は、例えば、X線回析法、DSC(示差走査熱量計)測定、密度法などにより求めることができる。なお、本願では結晶化度は、実施例に記載の方法によりDSC測定から求めた熱量から算出した。   The high melting point resin fiber of the present invention preferably has a crystallinity of 30% or less. The crystallinity is more preferably 29% or less, and even more preferably 28% or less. When the degree of crystallinity is 30% or less, it is excellent in processability and can be easily formed into a nonwoven fabric, a filter, a separator, or the like. The crystallinity can be determined by, for example, an X-ray diffraction method, DSC (differential scanning calorimeter) measurement, density method, or the like. In the present application, the degree of crystallinity was calculated from the amount of heat obtained from DSC measurement by the method described in Examples.

また、本発明の高融点樹脂ファイバーは、原料として非結晶性の高融点樹脂を高分子シートとして用い、後述の高融点樹脂ファイバーの製造方法により得られることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the high melting point resin fiber of this invention is obtained by the manufacturing method of the below-mentioned high melting point resin fiber, using an amorphous high melting point resin as a raw material as a polymer sheet.

高分子シートである非結晶性の高融点樹脂(シート)の厚さは、例えば、0.01〜10mmであり、好ましくは、0.05〜5.0mmである。厚さが上記範囲であると、後述の高融点樹脂ファイバーの製造がしやすい。   The thickness of the non-crystalline high melting point resin (sheet) that is a polymer sheet is, for example, 0.01 to 10 mm, and preferably 0.05 to 5.0 mm. When the thickness is in the above range, a high melting point resin fiber described later can be easily produced.

本発明の高融点樹脂ファイバーの集合体としての平均繊維径は、特に制限されないが、4μm以下(0.1〜4μm)が好ましく、より好ましくは3μm以下であり、さらに好ましくは2μm以下である。上記平均繊維径は、例えば、走査型電子顕微鏡を用いて繊維の形態を複数(例えば、10)撮影し、撮影した複数の画像から任意に1画像当たり10本程度の繊維径を画像処理ソフトなどで測定し、それらを平均することにより求めることができる。   The average fiber diameter of the aggregate of the high melting point resin fibers of the present invention is not particularly limited, but is preferably 4 μm or less (0.1 to 4 μm), more preferably 3 μm or less, and further preferably 2 μm or less. The average fiber diameter is obtained by, for example, photographing a plurality of (for example, 10) fiber forms using a scanning electron microscope, and arbitrarily processing the diameter of about 10 fibers per image from the photographed images. It can be obtained by measuring with and averaging them.

[高融点樹脂ファイバーの製造方法]
本発明の高融点樹脂ファイバーは、後述のレーザー溶融エレクトロスピニング法を用いて製造することが好ましい。レーザー溶融エレクトロスピニング法は、具体的には、以下の方法である。
[Method for producing high melting point resin fiber]
The high melting point resin fiber of the present invention is preferably produced by using a laser melting electrospinning method described later. Specifically, the laser melting electrospinning method is the following method.

本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法(レーザー溶融エレクトロスピニング法)について、図面を参照しながら説明する。図1は、高融点樹脂ファイバーの製造方法の一例を模式的に示す概略図である。高融点樹脂ファイバーの製造方法では、高融点樹脂(シート)からなる高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記高分子シートの帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出される繊維を前記繊維捕集板方向に飛翔させ、前記繊維捕集板あるいは、上記溶融部分と前記繊維捕集板間に介在させた捕集部材上に捕集することにより、ファイバーを得る。   The manufacturing method (laser melt electrospinning method) of the high melting point resin fiber of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view schematically showing an example of a method for producing a high melting point resin fiber. In the method for producing a high melting point resin fiber, a polymer sheet made of a high melting point resin (sheet) is irradiated with a band-shaped laser beam to heat and melt the end of the polymer sheet linearly, By providing a potential difference with the fiber collecting plate, a needle-like protruding portion is formed in the belt-like melted portion of the polymer sheet, and the fibers discharged from the needle-like protruding portion fly in the direction of the fiber collecting plate. The fiber is obtained by collecting on the fiber collecting plate or the collecting member interposed between the molten portion and the fiber collecting plate.

高融点樹脂ファイバーの製造方法では、図1に示すように、レーザー発生源1から出射した断面がスポット状のレーザー光をビームエキスパンダー及びホモジナイザー2、コリーメンションレンズ3及びシリンドリカルレンズ群4からなる光路調節手段を介して断面が線状の帯状レーザー光5に変換した後、保持部材7に保持された高分子シート6の帯状溶融部6aに照射するとともに、高電圧発生装置10により電圧を印加し、帯状溶融部6aと高分子シート6の下側に配設された繊維捕集板8との間に電位差を生じさせる。また、サーモグラフィー9により帯状溶融部6aの温度を観測し、電圧や照射するレーザー光などの条件を最適化することができる。   In the method for producing a high melting point resin fiber, as shown in FIG. 1, a laser beam having a spot-like cross section emitted from a laser generating source 1 is adjusted to an optical path comprising a beam expander and homogenizer 2, a collimation lens 3 and a cylindrical lens group 4. After being converted into a strip-shaped laser beam 5 having a linear cross section through means, the strip-shaped melted portion 6a of the polymer sheet 6 held by the holding member 7 is irradiated and a voltage is applied by the high-voltage generator 10; A potential difference is generated between the belt-shaped melted portion 6 a and the fiber collecting plate 8 disposed on the lower side of the polymer sheet 6. Further, the temperature of the belt-shaped melted portion 6a can be observed by the thermography 9, and the conditions such as the voltage and the laser beam to be irradiated can be optimized.

図1に示した例では、高分子シート6を保持する保持部材7が電極としての機能を兼ねており、高電圧発生装置10により、保持部材7に電圧が印加されると、高分子シート6の帯状溶融部6aに電荷が付与されることとなる。繊維捕集板8は、表面電気抵抗値が金属と同等程度を有するものである。その形状は例えば、板状、ローラー状、ベルト状、ネット状、鋸状、波状、針状、線状などが挙げられる。なお、光路調節手段は光学部品の集合体であり、ビームエキスパンダー及びホモジナイザー2、コリーメンションレンズ3、及びシリンドリカルレンズ4群などから構成されている。これらの光路調節手段を用いることにより、スポット状レーザー光を帯状レーザー光5に変換することができる。   In the example shown in FIG. 1, the holding member 7 that holds the polymer sheet 6 also functions as an electrode. When a voltage is applied to the holding member 7 by the high-voltage generator 10, the polymer sheet 6 Electric charges are applied to the belt-shaped melted portion 6a. The fiber collecting plate 8 has a surface electrical resistance value comparable to that of a metal. Examples of the shape include a plate shape, a roller shape, a belt shape, a net shape, a saw shape, a wave shape, a needle shape, and a line shape. The optical path adjusting means is an assembly of optical components, and includes a beam expander and homogenizer 2, a collimation lens 3, a cylindrical lens 4 group, and the like. By using these optical path adjusting means, the spot laser beam can be converted into the band laser beam 5.

図1に示した例では、帯状レーザー光5の照射により、高分子シート6の帯状溶融部6aが加熱溶融されるとともに、この加熱溶融した部分に電荷が付与されることとなる。そして、図2に示すように電荷が付与された帯状溶融部6aには、その表面に電荷が集まり反発することによって、次第に複数の針状突出部(テーラーコーン)6bが形成され、電荷の反発力が表面張力を超えると、溶融した熱可塑性樹脂は、テーラーコーン先端から静電引力により繊維捕集板8に向かって繊維として吐出され、即ち、針状突出部6bから繊維が形成され、繊維捕集板8方向に飛翔する。その結果、伸長した繊維は繊維捕集板8で捕集される。また、繊維捕集板8上に捕集部材を置くと、繊維は捕集部材上に捕集される。即ち、本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法では、繊維捕集板自身を繊維を捕集する部材としてもよく、繊維捕集板とは別に繊維捕集板上に捕集部材を載置してもよいのである。図2は、帯状溶融部6aに形成されるテーラーコーンの模式図である。   In the example shown in FIG. 1, the irradiation with the band-shaped laser beam 5 heats and melts the band-shaped melted portion 6 a of the polymer sheet 6, and charges are added to the heat-melted portion. As shown in FIG. 2, in the belt-like melted portion 6a to which electric charges are applied, charges are collected and repelled on the surface, thereby gradually forming a plurality of needle-like protrusions (tailor cones) 6b. When the force exceeds the surface tension, the melted thermoplastic resin is discharged as fibers from the tip of the tailor cone to the fiber collecting plate 8 by electrostatic attraction, that is, fibers are formed from the needle-like protrusions 6b, and the fibers Fly in the direction of the collection plate 8. As a result, the elongated fibers are collected by the fiber collecting plate 8. Further, when a collecting member is placed on the fiber collecting plate 8, the fibers are collected on the collecting member. That is, in the method for producing a high melting point resin fiber of the present invention, the fiber collection plate itself may be a member for collecting fibers, and the collection member is placed on the fiber collection plate separately from the fiber collection plate. It may be. FIG. 2 is a schematic view of a tailor cone formed in the belt-shaped melted portion 6a.

図2に示す上記テーラーコーンの数(テーラーコーンの間隔)は、高分子シート6の厚さを適宜変更することにより調整することができる。なお、テーラーコーンが発達するとは、テーラーコーンの高さ(図2中、h)が大きくなることを意味する。   The number of tailor cones shown in FIG. 2 (tailor cone spacing) can be adjusted by appropriately changing the thickness of the polymer sheet 6. The development of the tailor cone means that the height of the tailor cone (h in FIG. 2) increases.

上記テーラーコーンの数は特に限定されないが、上記高分子シートの加熱溶融した部分に2cm当たり1個以上とすることが好ましく、1〜100個/2cmとすることがより好ましい。この理由は、1個/2cm以下では、不織布の均整度、生産量の点から好ましくなく、多い方が良いが、100個/2cm以上では、テーラーコーン同士の電気的な反発により均整度が低下するためである。さらに好ましくは、1〜50個/2cmであり、特に好ましくは、2〜10個/2cmである。   The number of tailor cones is not particularly limited, but it is preferably 1 or more per 2 cm in the heated and melted portion of the polymer sheet, and more preferably 1 to 100/2 cm. The reason for this is that if it is 1 piece / 2 cm or less, it is not preferable from the viewpoint of the degree of uniformity of the nonwoven fabric and the amount of production, and it is better to increase it, but if it is 100 pieces / 2 cm or more, the degree of uniformity decreases due to electrical repulsion between tailor cones. It is to do. More preferably, it is 1-50 pieces / 2 cm, and particularly preferably 2-10 pieces / 2 cm.

前記レーザー発生源としては、例えば、YAGレーザー、炭酸ガス(CO2)レーザー、アルゴンレーザー、エキシマレーザー、ヘリウム−カドミウムレーザー等が挙げられる。これらのなかでは、電源効率が高く、PEEK樹脂の溶融性が高い点から、炭酸ガスレーザーが好ましい。また、レーザー光の波長は、例えば、200nm〜20μm、好ましくは500nm〜18μm、さらに好ましくは5〜15μm程度である。 Examples of the laser generation source include a YAG laser, a carbon dioxide (CO 2 ) laser, an argon laser, an excimer laser, and a helium-cadmium laser. Among these, a carbon dioxide laser is preferable from the viewpoint of high power efficiency and high PEEK resin meltability. Moreover, the wavelength of a laser beam is 200 nm-20 micrometers, for example, Preferably it is 500 nm-18 micrometers, More preferably, it is about 5-15 micrometers.

また、高融点樹脂ファイバーの製造方法において、帯状レーザー光を照射する場合、そのレーザー光の厚さは、0.5〜10mm程度であることが好ましい。レーザー光の厚さが、0.5mm未満では、テーラーコーンの形成が困難となる場合があり、10mmを超えると、溶融滞留時間が長くなり、材料の劣化を起こす場合がある。   Moreover, in the manufacturing method of a high melting point resin fiber, when irradiating a strip | belt-shaped laser beam, it is preferable that the thickness of the laser beam is about 0.5-10 mm. If the thickness of the laser beam is less than 0.5 mm, it may be difficult to form a tailor cone. If the thickness is more than 10 mm, the melt residence time becomes long and the material may be deteriorated.

また、上記レーザー光の出力は、帯状溶融部の温度が熱可塑性樹脂の融点以上であり、かつ、高分子シートの発火点以下の温度となる範囲に制御すればよいが、吐出させる繊維の繊維径を小さくする観点からは高い方が好ましい。具体的なレーザー光の出力は、用いる熱可塑性樹脂の物性値(融点、LOI値(限界酸素指数))や形状、高分子シートの送り速度等に応じて適宜選択できるが、通常は、5〜100W/13cm程度であり、好ましくは20〜60W/13cm、さらに好ましくは30〜50W/13cmである。上記レーザー光の強度は、レーザー発生源から出射したスポットビームの出力である。   The output of the laser light may be controlled in a range in which the temperature of the belt-like melted portion is equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin and equal to or lower than the ignition point of the polymer sheet. The higher one is preferable from the viewpoint of reducing the diameter. The specific output of the laser beam can be appropriately selected according to the physical properties (melting point, LOI value (limit oxygen index)) and shape of the thermoplastic resin to be used, the feeding speed of the polymer sheet, etc. It is about 100 W / 13 cm, preferably 20 to 60 W / 13 cm, more preferably 30 to 50 W / 13 cm. The intensity of the laser beam is the output of the spot beam emitted from the laser source.

また、帯状溶融部の温度は、高融点樹脂の融点以上で、発火点以下の温度であれば特に限定されないが、通常300〜600℃程度であり、好ましくは350〜500℃である。   The temperature of the belt-like melted part is not particularly limited as long as it is not lower than the melting point of the high melting point resin and not higher than the ignition point, but is usually about 300 to 600 ° C, preferably 350 to 500 ° C.

図1に示した本発明の高融点樹脂ファイバーの製造方法では、レーザー光は一方向のみから高分子シートの帯状溶融部(端部)に照射しているが、例えば反射ミラーを介してレーザー光を2方向から高分子シートの帯状溶融部(端部)に照射してもよい。シート状物の厚さが厚くても、その端部をより均一に溶融させることができるからである。   In the manufacturing method of the high melting point resin fiber of the present invention shown in FIG. 1, the laser beam is irradiated from only one direction to the belt-shaped melted portion (end portion) of the polymer sheet. May be irradiated to the belt-shaped melted portion (end portion) of the polymer sheet from two directions. This is because even if the thickness of the sheet-like material is large, the end portion thereof can be melted more uniformly.

高融点樹脂ファイバーの製造方法において、上記高分子シートの端部と上記捕集部材との間に発生させる電位差は放電しない範囲で高電圧であるのが好ましく、要求される繊維径、電極と捕集部材との距離、レーザー光の照射量等に応じて適宜選択できるが、通常、0.1〜30kV/cm程度であり、好ましくは0.5〜20kV/cm、より好ましくは1〜10kV/cmである。   In the method for producing a high melting point resin fiber, the potential difference generated between the end of the polymer sheet and the collecting member is preferably a high voltage within a range in which no discharge occurs, and the required fiber diameter, electrode, and catching capacity. Although it can select suitably according to the distance with a collection member, the irradiation amount of a laser beam, etc., it is about 0.1-30 kV / cm normally, Preferably it is 0.5-20 kV / cm, More preferably, it is 1-10 kV / cm. cm.

高分子シートの溶融部に電圧を印加する方法は、レーザー光の照射部(高分子シートの帯状溶融部)と電荷を付与するための電極部とを一致させる直接印加方法であってもよいが、簡便に装置を作製できる点、レーザー光を有効に熱エネルギーに変換できる点、レーザー光の反射方向を容易に制御でき、安全性が高い点等から、レーザー光の照射部と電荷を付与するための電極部とを別個の位置に設ける間接印加方法(特に、高分子シートの送り方向における下流側にレーザー光の照射部を設ける方法)が好ましい。特に、上記製造方法では、電極部よりも下流側で高分子シートに帯状レーザー光を照射するとともに、電極部とレーザー光照射部との距離(例えば、電極部の下端と、帯状レーザー光の上側外縁との距離)を特定の範囲(例えば、10mm以下程度)に調整するのが好ましい。この距離は、PEEK樹脂の導電率、熱伝導率、ガラス転移点、レーザー光の照射量等に応じて選択でき、例えば、0.5〜10mm、好ましくは1〜8mm、さらに好ましくは1.5〜7mm、特に好ましくは2〜5mm程度である。両者の距離がこの範囲にあると、レーザー光照射部近傍での樹脂の分子運動性が高まり、溶融状態の樹脂に充分な電荷を付与できるため、生産性を向上できる。   The method of applying a voltage to the melted part of the polymer sheet may be a direct application method in which the laser light irradiation part (the belt-like melted part of the polymer sheet) and the electrode part for applying electric charge are matched. The laser beam irradiation part and the charge are given from the point that the device can be easily manufactured, the laser beam can be effectively converted into thermal energy, the reflection direction of the laser beam can be easily controlled, and the safety is high. An indirect application method (particularly, a method of providing a laser beam irradiation part on the downstream side in the feeding direction of the polymer sheet) is preferred in which the electrode part is provided at a separate position. In particular, in the above manufacturing method, the polymer sheet is irradiated with a band-shaped laser beam on the downstream side of the electrode unit, and the distance between the electrode unit and the laser beam irradiation unit (for example, the lower end of the electrode unit and the upper side of the band-shaped laser beam) It is preferable to adjust the distance to the outer edge to a specific range (for example, about 10 mm or less). This distance can be selected according to the conductivity, thermal conductivity, glass transition point, laser beam irradiation amount, etc. of the PEEK resin, and is, for example, 0.5 to 10 mm, preferably 1 to 8 mm, more preferably 1.5. -7 mm, particularly preferably about 2-5 mm. When the distance between the two is in this range, the molecular mobility of the resin in the vicinity of the laser light irradiation portion is increased, and a sufficient charge can be imparted to the molten resin, so that productivity can be improved.

また、上記高分子シートの端部(テーラーコーンの先端部)と上記捕集部材との距離は特に限定されず、通常、5mm以上であればよいが、効率よく極細繊維を製造するためには、好ましくは10〜300mm、より好ましくは15〜200mm、さらに好ましくは50〜150mm、特に好ましくは80〜120mm程度である。   In addition, the distance between the end of the polymer sheet (the tip of the tailor cone) and the collecting member is not particularly limited, and is usually 5 mm or more, but in order to efficiently produce ultrafine fibers The thickness is preferably 10 to 300 mm, more preferably 15 to 200 mm, still more preferably 50 to 150 mm, and particularly preferably about 80 to 120 mm.

上記高分子シートを連続的に送り出す場合、その送り速度は特に限定されないが、通常、2〜20mm/min程度であり、3〜15mm/minが好ましく、4〜10mm/minがより好ましい。速度を速くすれば生産性が高まるが、速すぎると、レーザー光照射部近傍での樹脂が充分溶融しないので繊維を製造しにくい。一方、速度が遅いと、高融点樹脂が分解したり、生産性が低くなる。   When the polymer sheet is continuously fed out, the feeding speed is not particularly limited, but is usually about 2 to 20 mm / min, preferably 3 to 15 mm / min, and more preferably 4 to 10 mm / min. If the speed is increased, the productivity increases. However, if the speed is too high, the resin in the vicinity of the laser light irradiation portion is not sufficiently melted, so that it is difficult to produce fibers. On the other hand, when the speed is low, the high melting point resin is decomposed or the productivity is lowered.

また、上記製造方法において、上記高分子シートの端部と上記捕集部材との間の空間は、不活性ガス雰囲気であってもよい。この空間を不活性ガス雰囲気とすることにより、繊維の発火を抑制できるため、レーザー光の出力を高めることができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、炭酸ガス等が挙げられる。これらのうち、通常、窒素ガスを使用する。また、上記不活性ガスの使用により、帯状溶融部における酸化反応を抑制することができる。   Moreover, in the said manufacturing method, an inert gas atmosphere may be sufficient as the space between the edge part of the said polymer sheet and the said collection member. By making this space an inert gas atmosphere, the firing of the fibers can be suppressed, so that the output of the laser light can be increased. Examples of the inert gas include nitrogen gas, helium gas, argon gas, carbon dioxide gas, and the like. Of these, nitrogen gas is usually used. In addition, the use of the inert gas can suppress the oxidation reaction in the belt-like melted portion.

また、上記空間は加熱してもよい。これにより、得られる繊維の繊維径を小さくすることができる。即ち、空間の空気又は不活性ガスを加熱することにより、形成されつつある繊維の急激な温度低下を抑制することができ、これにより、繊維の伸長又は延伸を促進し、より極細な繊維が得られるのである。加熱方法としては、例えば、ヒーター(ハロゲンヒーター等)を用いた方法や、レーザー光を照射する方法等が挙げられる。加熱温度は、例えば、50℃以上の温度から樹脂の発火点未満までの温度範囲から選択できるが、紡糸性の点から、樹脂の融点未満の温度が好ましい。   The space may be heated. Thereby, the fiber diameter of the fiber obtained can be made small. That is, by heating the air or inert gas in the space, it is possible to suppress a rapid temperature drop of the fiber being formed, thereby promoting the elongation or stretching of the fiber and obtaining a finer fiber. It is done. Examples of the heating method include a method using a heater (such as a halogen heater) and a method of irradiating a laser beam. The heating temperature can be selected, for example, from a temperature range from 50 ° C. or higher to less than the ignition point of the resin, but from the viewpoint of spinnability, a temperature less than the melting point of the resin is preferable.

[高分子シート]
非結晶性の高分子シートは、例えば、結晶化度が25%以下のシートであることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましい。上記結晶化度が25%以下であると、結晶化度の低い高融点樹脂ファイバーを得ることができる。高分子シートの結晶化度は、高融点樹脂ファイバーの結晶化度と同じ方法により求めることができる。
なお、ここで非結晶性とは、樹脂における分子骨格にかさばった分子鎖(立体障害の大きな分子鎖)をもっているため、溶融状態から冷却・固化する過程で規則的な分子配列をとることができず、固化状態においてもランダムな分子配列になる性質のことを言う。
[Polymer sheet]
For example, the non-crystalline polymer sheet is preferably a sheet having a crystallinity of 25% or less, more preferably 20% or less, and further preferably 15% or less. When the crystallinity is 25% or less, a high melting point resin fiber having a low crystallinity can be obtained. The crystallinity of the polymer sheet can be determined by the same method as the crystallinity of the high melting point resin fiber.
Note that the term “amorphous” as used herein means that the resin has a bulky molecular chain (a molecular chain with a large steric hindrance) in the molecular skeleton, so that a regular molecular arrangement can be taken in the process of cooling and solidifying from a molten state. First, it refers to the property of becoming a random molecular arrangement even in a solidified state.

前記非結晶性の高分子シートは、ナノファイバー等の極細繊維を形成しやすい点から、低粘度であることが好ましく、例えば、400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度が、800Pa・s以下(50〜800Pa・s)であることが好ましく、600Pa・s以下であることがより好ましく、400Pa・s以下であることがさらに好ましい。上記温度が400℃である場合の粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)により実施例に記載の方法で求めることができる。なお、シェアレート(せん断速度)もキャピラリーレオメーターを用いて測定することができる。   The amorphous polymer sheet preferably has a low viscosity from the viewpoint of easily forming ultrafine fibers such as nanofibers. For example, the shear rate (shear rate) measured at 400 ° C. is 121.6 (1 / The viscosity at the time of s) is preferably 800 Pa · s or less (50 to 800 Pa · s), more preferably 600 Pa · s or less, and further preferably 400 Pa · s or less. The viscosity when the temperature is 400 ° C. can be determined by a capillary rheometer (trade name “Capillograph 1D”, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) by the method described in Examples. The shear rate (shear rate) can also be measured using a capillary rheometer.

前記非結晶性の高分子シートは、例えば、非結晶性のチップ状の樹脂をTダイ押出成形機などで加熱溶融し、シート状にすることにより製造することができる。非結晶性のチップ状の樹脂としては、市販品を用いることができ、商品名「VESTAKEEP 1000G」(ダイセル・エボニック(株)製)などを好適に用いることができる。なお、Tダイ押出し成形機の加熱温度は、樹脂の融点以上であればよく、例えば、350〜400℃である。   The non-crystalline polymer sheet can be produced, for example, by heating and melting a non-crystalline chip-like resin with a T-die extruder or the like to form a sheet. As the non-crystalline chip-like resin, a commercially available product can be used, and a trade name “VESTAKEEEP 1000G” (manufactured by Daicel-Evonik Co., Ltd.) can be preferably used. In addition, the heating temperature of a T-die extrusion molding machine should just be more than melting | fusing point of resin, for example, is 350-400 degreeC.

前記非結晶性の高分子シートは、繊維に用いられる各種の添加剤、例えば、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等)、難燃剤、帯電防止剤、着色剤、充填剤、滑剤、抗菌剤、防虫・防ダニ剤、防カビ剤、つや消し剤、蓄熱剤、香料、蛍光増白剤、湿潤剤、可塑剤、増粘剤、分散剤、発泡剤、界面活性剤等を含有してもよい。これらの添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて含有することができる。   The non-crystalline polymer sheet comprises various additives used for fibers, such as stabilizers (antioxidants, ultraviolet absorbers, heat stabilizers, etc.), flame retardants, antistatic agents, colorants, fillers. , Lubricants, antibacterial agents, insect and acaricides, fungicides, matting agents, heat storage agents, fragrances, fluorescent brighteners, wetting agents, plasticizers, thickeners, dispersants, foaming agents, surfactants, etc. You may contain. These additives can be contained alone or in combination of two or more.

これらの添加剤のなかでは、例えば、界面活性剤を用いることが好ましい。高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、高融点樹脂からなる高分子シートは電気絶縁性が高く、電気抵抗の低くなる熱溶融部までに電荷を注入しにくい。しかし、界面活性剤を用いると、電気絶縁性の大きい繊維の表面の電気抵抗が低下し、熱溶融部まで十分に電荷を注入できる。また、界面活性剤などの付与は、高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、シートが複数成分で構成されている場合の相分離に有効である。   Among these additives, for example, it is preferable to use a surfactant. When a charge is injected by applying a high voltage to the polymer sheet, the polymer sheet made of a high melting point resin has high electrical insulation, and it is difficult to inject the charge to the heat melting portion where the electrical resistance is low. However, when a surfactant is used, the electrical resistance of the surface of the fiber having a large electrical insulation is lowered, and the electric charge can be sufficiently injected up to the heat melting portion. Also, the application of a surfactant or the like is effective for phase separation when the sheet is composed of a plurality of components when a high voltage is applied to the polymer sheet to inject charges.

これらの添加剤は、それぞれ、高分子シート樹脂100質量部に対して、50質量部以下の割合で使用でき、例えば、0.01〜30質量部、好ましくは0.1〜5質量部程度の割合である。   Each of these additives can be used at a ratio of 50 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polymer sheet resin, for example, 0.01 to 30 parts by mass, preferably about 0.1 to 5 parts by mass. It is a ratio.

[不織布]
本発明の不織布は、後述の製造方法にて製造したものであってもよく、本発明の高融点樹脂ファイバーを別の方法にて製造したものであってもよい。
[Nonwoven fabric]
The nonwoven fabric of the present invention may be produced by the production method described later, or may be produced by another method of the high melting point resin fiber of the present invention.

本発明の不織布の厚さは、用途に応じて適宜選択すればよく、0.0001〜100mm程度の範囲から選択できるが、通常、0.001〜50mm、好ましくは0.01〜15mm、さらに好ましくは0.05〜1mm程度である。さらに、上記不織布の目付も、用途に応じて選択でき、通常、0.001〜100g/m2程度であり、好ましくは0.05〜50g/m2、さらに好ましくは0.1〜10g/m2程度である。本発明の不織布は、後述する不織布の製造方法において、シートの送り速度やレーザー強度、また、捕集部材の移動速度等を調節することにより、製造する不織布の繊維径、厚み、目付等の形状を制御することができる。 The thickness of the nonwoven fabric of the present invention may be appropriately selected according to the use, and can be selected from the range of about 0.0001 to 100 mm, but is usually 0.001 to 50 mm, preferably 0.01 to 15 mm, and more preferably. Is about 0.05 to 1 mm. Further, the basis weight of the nonwoven fabric can be selected according to the intended use, usually about from 0.001 to 100 g / m 2, preferably 0.05 to 50 g / m 2, more preferably 0.1 to 10 g / m It is about 2 . The nonwoven fabric of the present invention has a fiber diameter, thickness, basis weight, and other shapes of the nonwoven fabric to be manufactured by adjusting the sheet feeding speed and laser strength, the moving speed of the collecting member, etc. in the nonwoven fabric manufacturing method described below. Can be controlled.

また、本発明の不織布は、目的に応じて、例えば、エレクトレット加工による帯電処理、プラズマ放電処理、コロナ放電処理、スルホン化処理、グラフト重合などによる親水化処理等の後加工処理を施してもよい。また、上記不織布は、さらに二次加工してもよく、他の不織布(例えば、スパンボンド不織布等)や織編物、フィルム、プレート、基板等と積層一体化されてもよい。   Further, the nonwoven fabric of the present invention may be subjected to post-processing treatment such as electrification processing, plasma discharge processing, corona discharge processing, sulfonation processing, hydrophilization processing such as graft polymerization, depending on the purpose. . Moreover, the nonwoven fabric may be further subjected to secondary processing, and may be laminated and integrated with another nonwoven fabric (for example, a spunbond nonwoven fabric), a woven or knitted fabric, a film, a plate, a substrate, and the like.

[不織布の製造方法]
次に、不織布の製造方法の1例について説明する。以下の不織布の製造方法では、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させつつ、高融点樹脂ファイバーの製造を連続的に行うことができる。
[Method for producing nonwoven fabric]
Next, an example of the manufacturing method of a nonwoven fabric is demonstrated. In the following nonwoven fabric manufacturing method, the high melting point resin fiber can be continuously manufactured while moving the collection position of the fibers flying in the fiber collecting plate direction with time.

ここで、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させる方法としては、例えば、(1)捕集部材(繊維捕集板自身が捕集部材として機能する場合は繊維捕集板)を移動させる方法、(2)高分子シートの保持位置を移動させる方法、(3)テーラーコーンから捕集部材に向かって、飛翔中の繊維に力学的、磁力的又は電気的な力を作用させる方法、例えば、飛翔中の繊維にエアーを吹き付ける方法、(4)上記(1)〜(3)の方法を選択的に組合せる方法等を用いることができる。   Here, as a method for moving the collection position of the fibers flying in the fiber collection plate direction with time, for example, (1) a collection member (when the fiber collection plate itself functions as a collection member) (2) a method of moving the holding position of the polymer sheet, (3) a mechanical, magnetic or electrical force on the flying fiber from the tailor cone toward the collecting member. For example, a method of applying a strong force, for example, a method of blowing air to a fiber in flight, (4) a method of selectively combining the methods (1) to (3), and the like can be used.

これらのなかでは、装置の構成の簡略化が容易で、製造する不織布の形状(厚さや目付等)を制御しやすい点で、上記(1)の方法、即ち、捕集部材を移動させる方法が望ましい。以下、上記(1)の方法を用いる場合を例に、不織布の製造方法について、詳述する。   Among these, the method of (1) above, that is, the method of moving the collecting member is easy in that the configuration of the apparatus is easy and the shape (thickness, basis weight, etc.) of the nonwoven fabric to be manufactured can be easily controlled. desirable. Hereinafter, the manufacturing method of a nonwoven fabric is explained in full detail for the case of using the method of said (1).

上記(1)の方法を用いた不織布の製造方法では、図1に示した製造方法において、繊維捕集板8上に捕集部材を載置しておき、この捕集部材を高分子シート6の幅方法に垂直な方向(図中、右方向又は左方向)に移動させつつ、本発明の高融点樹脂ファイバーの製造を連続的に行う。ここで、捕集部材の移動速度は、一定であってもよいし、経時的に変化してもよく、さらには、移動と停止とを繰り返してもよい。なお、本発明の高融点樹脂ファイバーの製造を連続的に行うには、既に説明したように、ファイバーの製造工程の進行に伴って、高分子シート6を繊維捕集板8側(捕集部材側)に連続的に送り出せばよい。なお、高分子シートを連続的に送り出す速度(送り速度)は、高融点樹脂ファイバーの製造方法で記載した通りである。   In the method for producing a nonwoven fabric using the method (1), a collecting member is placed on the fiber collecting plate 8 in the producing method shown in FIG. The high melting point resin fiber of the present invention is continuously produced while moving in a direction perpendicular to the width method (right direction or left direction in the figure). Here, the moving speed of the collecting member may be constant, may change with time, and may be repeatedly moved and stopped. In order to continuously produce the high melting point resin fiber of the present invention, as already explained, the polymer sheet 6 is moved to the fiber collecting plate 8 side (collecting member) as the fiber production process proceeds. Side). In addition, the speed | rate (feed speed) which sends out a polymer sheet continuously is as having described with the manufacturing method of the high melting point resin fiber.

また、繊維捕集板8上の捕集部材の移動速度は特に限定されず、製造する繊維シートの目付等を考慮して適宜決定すればよいが、通常、10〜2000mm/min程度である。例えば、目付1000g/m2の高分子シートの送り速度が0.5mm/minである場合、捕集部材の移動速度を1000mm/min程度に設定することにより、目付0.5g/m2程度の不織布を連続的に製造することができる。 Moreover, the moving speed of the collection member on the fiber collection plate 8 is not particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the basis weight of the fiber sheet to be manufactured, but is usually about 10 to 2000 mm / min. For example, when the feeding speed of the polymer sheet having a basis weight of 1000 g / m 2 is 0.5 mm / min, by setting the moving speed of the collecting member to about 1000 mm / min, the basis weight is about 0.5 g / m 2 . Nonwoven fabrics can be produced continuously.

図3は、上述の図1に示す高融点樹脂ファイバーの製造方法を含む、不織布製造装置の一例を模式的に示す断面図である。図3に示す装置は、レーザー発生源11と、光路調節部材12と、高分子シート6を連続的に送り出せる高分子シート送り装置13と、高分子シート6を保持する保持部材16、高分子シート6に電荷を付与する電極17、繊維を捕集するための捕集部材22、電極17と高分子シート6の帯状溶融部(端部)6a及び捕集部材22を介して対向配置された繊維捕集板14、及び、加熱装置15が配設された筐体23と、電極17、繊維捕集板14のそれぞれに電圧を印加する高電圧発生装置20a、20bと、捕集部材22を移動させるためのプーリー21を備えている。なお、上記光路調節部材12は、上述のように光学部品の集合体であり、図1に示すビームエキスパンダー及びホモジナイザー2、コリーメンションレンズ3、及びシリンドリカルレンズ4群などから構成されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a nonwoven fabric production apparatus including the method for producing the high melting point resin fiber shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 3 includes a laser source 11, an optical path adjusting member 12, a polymer sheet feeding device 13 that can continuously feed the polymer sheet 6, a holding member 16 that holds the polymer sheet 6, and a polymer. The electrode 17 for imparting electric charge to the sheet 6, the collecting member 22 for collecting the fibers, the electrode 17 and the belt-like melted part (end part) 6 a of the polymer sheet 6, and the collecting member 22 are arranged to face each other. A housing 23 in which the fiber collecting plate 14 and the heating device 15 are arranged, an electrode 17, high voltage generators 20 a and 20 b that apply voltages to the fiber collecting plate 14, and a collecting member 22. A pulley 21 is provided for movement. The optical path adjusting member 12 is an assembly of optical components as described above, and includes the beam expander and homogenizer 2, the collimation lens 3, and the cylindrical lens 4 group shown in FIG.

図3において、レーザー光源11から出射し、光路調節部材12を介した帯状レーザー光5は、筐体23内に導入され、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに照射される。筐体23の上部には、モータとモータの回転運動を直線運動に変換する機構とを備えた高分子シート送り装置13が取り付けられており、高分子シート6は、この高分子シート送り装置13に取り付けられ、連続的に筐体23内へ送り出されることとなる。一方、高分子シート6の下部は、電極17が取り付けられた保持部材16により保持されている。高分子シート6と電極17とは常に接触しているため、電極17に電圧が印加されると、高分子シート6に電荷が付与されることとなる。   In FIG. 3, the belt-like laser light 5 emitted from the laser light source 11 and passed through the optical path adjusting member 12 is introduced into the housing 23 and irradiated onto the belt-like melted portion (end portion) 6 a of the polymer sheet 6. A polymer sheet feeding device 13 having a motor and a mechanism for converting the rotational motion of the motor into a linear motion is attached to the upper portion of the housing 23. The polymer sheet 6 is attached to the polymer sheet feeding device 13. And are continuously fed into the housing 23. On the other hand, the lower part of the polymer sheet 6 is held by a holding member 16 to which an electrode 17 is attached. Since the polymer sheet 6 and the electrode 17 are always in contact with each other, a charge is applied to the polymer sheet 6 when a voltage is applied to the electrode 17.

電極17と対になる繊維捕集板14(電極17と対をなす電極として機能する)は、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6a及び捕集部材23を介して対向する位置に配設されている。そのため、電極17及び繊維捕集板14に電圧が印加された場合には、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aと捕集部材22との間には電位差が生じることとなる。電極17、繊維捕集板14への電圧の印加は、それぞれに接続された高電圧発生装置20a、20bにより行われる。なお、この不織布製造装置では、電極17が正電極であり、繊維捕集板14が負電極であるが、逆の場合でも良い。捕集部材22は、プーリー21とコンベアベルトとからなるベルトコンベアであり、コンベアベルト自体が、捕集部材22に相当する。そのため、プーリー21の駆動に伴って、捕集部材22(コンベアベルト)は所定の方向(例えば、図中、右方向)に移動する。   The fiber collecting plate 14 (which functions as an electrode paired with the electrode 17) is paired with the electrode 17 at a position facing the polymer sheet 6 through the band-shaped melted portion (end portion) 6a and the collecting member 23. It is arranged. Therefore, when a voltage is applied to the electrode 17 and the fiber collecting plate 14, a potential difference is generated between the belt-shaped melted portion (end portion) 6 a of the polymer sheet 6 and the collecting member 22. The application of voltage to the electrode 17 and the fiber collecting plate 14 is performed by the high voltage generators 20a and 20b connected thereto. In this nonwoven fabric manufacturing apparatus, the electrode 17 is a positive electrode and the fiber collecting plate 14 is a negative electrode. The collecting member 22 is a belt conveyor including a pulley 21 and a conveyor belt, and the conveyor belt itself corresponds to the collecting member 22. Therefore, as the pulley 21 is driven, the collecting member 22 (conveyor belt) moves in a predetermined direction (for example, rightward in the figure).

図3に示す不織布製造装置は、加熱装置15を備えており、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aから捕集部材23に向かって吐出され、伸長した繊維を加熱することができる。また、筐体23内には、レーザー光吸収板19及び熱吸収板18を備えている。   The nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3 includes a heating device 15 and can heat the stretched fibers discharged from the belt-shaped melted portion (end portion) 6a of the polymer sheet 6 toward the collecting member 23. . In addition, the housing 23 is provided with a laser light absorption plate 19 and a heat absorption plate 18.

図3に示す不織布製造装置では、電極17及び繊維捕集板14の両方に電圧を印加した状態で、高分子シート送り装置13及び保持部材16により高分子シート6を送りつつ、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに帯状レーザー光5を照射することにより、既に説明したように、高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aにテーラーコーンが形成され、このテーラーコーンより繊維が吐出され、繊維捕集板14に飛翔し、その結果、伸長した繊維が捕集部材22で捕集されることとなる。そして、高分子シート6を連続的に送りつつ(連続的に繊維を吐出させつつ)、捕集部材22を移動させることにより、捕集部材22上に不織布を製造することができるのである。   In the nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the polymer sheet 6 is fed while the polymer sheet 6 is fed by the polymer sheet feeding device 13 and the holding member 16 in a state where a voltage is applied to both the electrode 17 and the fiber collecting plate 14. By irradiating the belt-like melted portion (end portion) 6a with the belt-like laser beam 5, a tailor cone is formed on the belt-like melted portion (end portion) 6a of the polymer sheet 6 as described above. The fibers are discharged and fly to the fiber collecting plate 14, and as a result, the elongated fibers are collected by the collecting member 22. And the nonwoven fabric can be manufactured on the collection member 22 by moving the collection member 22 while feeding the polymer sheet 6 continuously (discharging fiber continuously).

図3に示す不織布製造装置において、捕集部材22はシート状の部材である。この装置において、捕集部材22はシート状であれば特に限定されないが、紙、フィルム、各種織物、不織布、メッシュ等である。また、捕集部材が、金属あるいは表面電気抵抗値が金属と同等程度を有するシートあるいはベルトであっても良い。   In the nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the collection member 22 is a sheet-like member. In this apparatus, the collecting member 22 is not particularly limited as long as it is in the form of a sheet, but is paper, film, various woven fabrics, non-woven fabric, mesh or the like. Further, the collecting member may be a metal or a sheet or a belt having a surface electric resistance value equivalent to that of a metal.

図3に示す不織布製造装置において、電極17、繊維捕集板14の材料は、導電性材料(通常、金属成分)であればよく、例えば、クロム等の6A族元素、白金等の8族金属元素、銅や銀等の1B族元素、亜鉛等の2B族元素、アルミニウム等の3B族元素等の金属単体や合金(アルミニウム合金やステンレス合金等)、又はこれらの金属を含む化合物(酸化銀、酸化アルミニウム等の金属酸化物等)等が挙げられる。これらの金属成分は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの金属成分のうち、銅、銀、アルミニウム、ステンレス合金等が特に好ましい。繊維捕集板14の形状は特に限定されないが、板状、ローラー状、ベルト状、ネット状、鋸状、波状、針状、線状などが挙げられる。これらの形状のうち板状、ローラー状が特に好ましい。レーザー光吸収板19としては、例えば、黒体を塗装した金属や多孔質セラミック等が挙げられる。熱吸収板18としては、例えば、黒色のセラミック等が挙げられる。このような装置を用いることにより、本発明の高融点樹脂ファイバー及び不織布を効率よく製造することができる。   In the nonwoven fabric manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the material of the electrode 17 and the fiber collecting plate 14 may be a conductive material (usually a metal component). For example, a group 6A element such as chromium or a group 8 metal such as platinum. Element, group 1B elements such as copper and silver, group 2B elements such as zinc, group 3B elements such as aluminum, etc. simple metals and alloys (aluminum alloys, stainless steel alloys, etc.), or compounds containing these metals (silver oxide, Metal oxides such as aluminum oxide) and the like. These metal components can be used alone or in combination of two or more. Of these metal components, copper, silver, aluminum, stainless steel alloy and the like are particularly preferable. The shape of the fiber collecting plate 14 is not particularly limited, and examples thereof include a plate shape, a roller shape, a belt shape, a net shape, a saw shape, a wave shape, a needle shape, and a line shape. Of these shapes, a plate shape and a roller shape are particularly preferable. Examples of the laser light absorbing plate 19 include a metal coated with a black body and a porous ceramic. Examples of the heat absorbing plate 18 include black ceramic. By using such an apparatus, the high melting point resin fiber and the nonwoven fabric of the present invention can be efficiently produced.

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

(高分子シートの作製)
下記の方法で高分子シートA〜Dを作製した。
以下の高融点樹脂であるPEEK樹脂のチップ状試料をラボプラストミルTダイ押出し成形装置((株)東洋精機製作所製)にて、ダイス幅150mm、リップ幅0.4mmのTダイを用いて、押出し温度345〜360℃でシート状に押出し、引き取りロール温度140℃、巻き取り速度1.0〜2.0m/minで巻き取って、厚さ0.1mmの高分子シートA〜Dを作製した。そして、高分子シートB、C、Dは、押出し機での成形後、230℃で20分熱処理を行った。
作製した高分子シートの結晶化度及び400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度は、以下の通りであった。なお、上記粘度は、以下の高分子シートの粘度の測定方法で測定し、上記結晶化度は、以下の高融点樹脂ファイバーの結晶化度と同じ方法で求めた。
高分子シートA:VESTAKEEP 1000G(非結昌性サンプル原反:結晶化度12.7%、粘度151Pa・s)
高分子シートB:VESTAKEEP 1000G(結晶性サンプル原反:結晶化度35.5%、粘度151Pa・s)
高分子シートC:VESTAKEEP 3300G(結晶性サンプル原反:結晶化度36.7%、粘度761Pa・s)
高分子シートD:VESTAKEEP 4000G(結晶性サンプル原反:結晶化度37.7%、粘度1012Pa・s)
(Production of polymer sheet)
Polymer sheets A to D were prepared by the following method.
Using a T-die with a die width of 150 mm and a lip width of 0.4 mm, a chip-like sample of PEEK resin, which is the following high-melting-point resin, is used in a lab plast mill T-die extrusion molding apparatus (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho). Extruded into a sheet at an extrusion temperature of 345 to 360 ° C., wound up at a take-up roll temperature of 140 ° C. and a winding speed of 1.0 to 2.0 m / min, to prepare polymer sheets A to D having a thickness of 0.1 mm. . The polymer sheets B, C, and D were subjected to heat treatment at 230 ° C. for 20 minutes after molding with an extruder.
The crystallinity of the produced polymer sheet and the viscosity at a shear rate (shear rate) of 121.6 (1 / s) measured at 400 ° C. were as follows. In addition, the said viscosity was measured with the measuring method of the viscosity of the following polymer sheets, and the said crystallinity degree was calculated | required by the same method as the crystallinity degree of the following high melting point resin fibers.
Polymer sheet A: VESTAKEEEP 1000G (Non-changing sample raw fabric: crystallinity 12.7%, viscosity 151 Pa · s)
Polymer sheet B: VESTAKEEEP 1000G (crystalline sample raw material: crystallinity 35.5%, viscosity 151 Pa · s)
Polymer sheet C: VESTAKEEEP 3300G (crystalline sample raw material: crystallinity 36.7%, viscosity 761 Pa · s)
Polymer sheet D: VESTAKEEEP 4000G (crystalline sample raw material: crystallinity 37.7%, viscosity 1012 Pa · s)

(高分子シートの粘度の測定方法)
400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)にて、キャピラリー径1mm、長さ10mmの冶具を用いて測定した。
(Measurement method of viscosity of polymer sheet)
The viscosity at a shear rate (shear rate) of 121.6 (1 / s) measured at 400 ° C. was measured with a capillary rheometer (trade name “Capillograph 1D”, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.) with a capillary diameter of 1 mm. Measured using a 10 mm long jig.

次に、実施例1〜3及び比較例1〜5では、上記の方法で作製した高分子シートA〜Dを用いて、以下の方法により高融点樹脂ファイバーを製造した。実施例1〜3及び比較例1〜5において、使用した高分子シート、高分子シートの送り速度、レーザー光の出力、得られた高融点樹脂ファイバーの結晶化度、繊維径(直径)は表1に示す通りである。なお、比較例2及び5においては、繊維は得られなかった。   Next, in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5, using the polymer sheets A to D produced by the above method, high melting point resin fibers were produced by the following method. In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5, the polymer sheet used, the feeding speed of the polymer sheet, the output of the laser beam, the crystallinity of the obtained high melting point resin fiber, and the fiber diameter (diameter) are listed. As shown in FIG. In Comparative Examples 2 and 5, no fiber was obtained.

(高融点樹脂ファイバーの製造)
図1に模式図を示す装置を用いて、実施例1〜3及び比較例1〜5の高融点樹脂ファイバーを製造した。
図1に示した装置のレーザー光源1として、CO2レーザー(ユニバーサルレーザーシステムズ社製、波長10.6μm、出力45W、空冷型、ビーム径φ4mm)を使用した。ビームエキスパンダー及びホモジナイザー2として、倍率2.5倍のビームエキスパンダーと、ホモジナイザー(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、コリメーションレンズ3として、コリメーションレンズ(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、シリンドリカルレンズ群4としてシリンドリカルレンズ(平凹レンズ、f−30mm)及びシリンドリカルレンズ(平凸レンズ、f−300mm)とをこの順で所定の位置に配置したものを使用した。これらの光路調節部材を介することにより、スポット状のレーザー光を幅約150mm、厚さ約1.4mmの帯状レーザー光に変換して高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに照射した。これにより、高融点樹脂ファイバーを得た。
(Manufacture of high melting point resin fibers)
The high melting point resin fibers of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 were manufactured using the apparatus shown in the schematic diagram of FIG.
As the laser light source 1 of the apparatus shown in FIG. 1, a CO 2 laser (Universal Laser Systems, wavelength 10.6 μm, output 45 W, air-cooled type, beam diameter φ4 mm) was used. As the beam expander and homogenizer 2, a beam expander with a magnification of 2.5 times, a homogenizer (incident beam diameter φ12 mm (design value), output beam diameter φ12 mm (design value)), and a collimation lens 3 as a collimation lens (incident beam diameter) A cylindrical lens (plano-concave lens, f-30 mm) and a cylindrical lens (plano-convex lens, f-300 mm) as a cylindrical lens group 4 in a predetermined order in this order are φ12 mm (design value), output beam diameter φ12 mm (design value). The one arranged at the position was used. By passing through these optical path adjusting members, the spot-shaped laser beam is converted into a band-shaped laser beam having a width of about 150 mm and a thickness of about 1.4 mm and irradiated to the band-shaped melted portion (end portion) 6 a of the polymer sheet 6. . Thereby, a high melting point resin fiber was obtained.

(高融点樹脂ファイバーの結晶化度の測定方法)
高融点樹脂ファイバーの結晶化度は、DSC測定から求めた熱量から算出した。
DSC測定は、示差走査熱量計(DSC−Q2000/TA社製)を用い、基準材料はアルミナを用い、窒素雰囲気下、温度範囲は0℃〜420℃、昇温速度20℃/minの条件で行った。
そして、DSC測定で求めた熱量から、以下の式を用いて結晶化度を求めた。
結晶化度(%)={(試料の融解熱)−(試料の再結晶化熱)}/完全結晶の融解熱(130J/g)×100
(Measurement method of crystallinity of high melting point resin fiber)
The crystallinity of the high melting point resin fiber was calculated from the amount of heat obtained from DSC measurement.
The DSC measurement uses a differential scanning calorimeter (DSC-Q2000 / TA), alumina as a reference material, a nitrogen atmosphere, a temperature range of 0 ° C. to 420 ° C., and a heating rate of 20 ° C./min. went.
And from the calorie | heat amount calculated | required by DSC measurement, the crystallinity degree was calculated | required using the following formula | equation.
Crystallinity (%) = {(heat of fusion of sample) − (heat of recrystallization of sample)} / heat of fusion of complete crystal (130 J / g) × 100

Figure 0006496120
Figure 0006496120

1 レーザー発生源
2 ビームエキスパンダー及びホモジナイザー
3 コリーメンションレンズ
4 シリンドリカルレンズ群
5 帯状レーザー光
6 高分子シート
6a 帯状溶融部
6b 針状突出部
7 保持部材
8 繊維捕集板
9 サーモグラフィー
10 高電圧発生装置
11 レーザー発生源
12 光路調整部材
13 高分子シート送り装置
14 繊維捕集板
15 加熱装置
16 保持部材
17 電極
18 熱吸収板
19 レーザー光吸収板
20a 高電圧発生装置
20b 高電圧発生装置
21 プーリー
22 捕集部材
23 筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser generating source 2 Beam expander and homogenizer 3 Collimation lens 4 Cylindrical lens group 5 Band-shaped laser beam 6 Polymer sheet 6a Band-shaped melting part 6b Needle-shaped protrusion part 7 Holding member 8 Fiber collection board 9 Thermography 10 High voltage generator 11 Laser generating source 12 Optical path adjusting member 13 Polymer sheet feeding device 14 Fiber collecting plate 15 Heating device 16 Holding member 17 Electrode 18 Heat absorbing plate 19 Laser light absorbing plate 20a High voltage generating device 20b High voltage generating device 21 Pulley 22 Collecting Member 23 Case

本発明の高融点樹脂ファイバーは、非常に微細であり、耐熱性や耐薬品性にも優れることから、これを用いて得られる不織布は、燃料電池用セパレーター、医療材料用のフィルター、宇宙材料等として有用である。   Since the high melting point resin fiber of the present invention is very fine and excellent in heat resistance and chemical resistance, the nonwoven fabric obtained by using this is a separator for fuel cells, a filter for medical materials, a space material, etc. Useful as.

Claims (6)

結晶化度が30%以下であり、直径が4μm以下であるPEEKからなる高融点樹脂ファイバー。 A high melting point resin fiber made of PEEK having a crystallinity of 30% or less and a diameter of 4 μm or less. 結晶化度が25%以下のPEEKからなる高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記高分子シートの帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出される繊維を前記繊維捕集板方向に飛翔させ、前記繊維捕集板あるいは、上記溶融部分と前記繊維捕集板間に介在させた捕集部材上に捕集することにより高融点樹脂ファイバーを得ることを特徴とする請求項1記載の高融点樹脂ファイバーの製造方法。 A polymer sheet made of PEEK having a degree of crystallinity of 25% or less is irradiated with a band-shaped laser beam to heat and melt the end of the polymer sheet in a linear shape, and between the melted band-shaped melted part and the fiber collecting plate By providing a potential difference therebetween, a needle-like protrusion is formed in the belt-like melted portion of the polymer sheet, and the fibers discharged from the needle-like protrusion are caused to fly in the direction of the fiber collecting plate, thereby collecting the fibers. plates or manufacturing of the high melting point resin fiber according to claim 1 Symbol mounting, characterized in that to obtain a high melting point resin fiber by collecting on a collecting member interposed said fiber collection plates and the molten portion Method. 前記高分子シートの送り速度が2〜20mm/minである請求項記載の高融点樹脂ファイバーの製造方法。 The method for producing a high melting point resin fiber according to claim 2 , wherein a feeding speed of the polymer sheet is 2 to 20 mm / min. 前記電位差が0.1〜30kV/cmである請求項2又は3記載の高融点樹脂ファイバーの製造方法。 The method for producing a high melting point resin fiber according to claim 2 or 3 , wherein the potential difference is 0.1 to 30 kV / cm. 前記高分子シートの400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度が800Pa・s以下である請求項2〜4のいずれか1項に記載の高融点樹脂ファイバーの製造方法。 The high melting point according to any one of claims 2 to 4 , wherein the polymer sheet has a viscosity at a shear rate (shear rate) of 121.6 (1 / s) measured at 400 ° C of 800 Pa · s or less. Manufacturing method of resin fiber. 請求項1記載の高融点樹脂ファイバーから得られる不織布。
Nonwoven fabric obtained from the high melting point resin fiber according to claim 1 Symbol placement.
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