JP6929424B2 - 繊維配向材の製造方法 - Google Patents
繊維配向材の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6929424B2 JP6929424B2 JP2020134435A JP2020134435A JP6929424B2 JP 6929424 B2 JP6929424 B2 JP 6929424B2 JP 2020134435 A JP2020134435 A JP 2020134435A JP 2020134435 A JP2020134435 A JP 2020134435A JP 6929424 B2 JP6929424 B2 JP 6929424B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fibers
- fiber
- deposit
- fiber alignment
- sheets
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 291
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 87
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 38
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 17
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 24
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 16
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 14
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 14
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 14
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 12
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 7
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 4
- 239000012770 industrial material Substances 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RHQDFWAXVIIEBN-UHFFFAOYSA-N Trifluoroethanol Chemical compound OCC(F)(F)F RHQDFWAXVIIEBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005102 attenuated total reflection Methods 0.000 description 3
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 3
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 2
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- BYEAHWXPCBROCE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-ol Chemical compound FC(F)(F)C(O)C(F)(F)F BYEAHWXPCBROCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 108010085895 Laminin Proteins 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229920000954 Polyglycolide Polymers 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000001355 polarised Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000004633 polyglycolic acid Substances 0.000 description 1
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920000193 polymethacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Treatment Of Fiber Materials (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Nonwoven Fabrics (AREA)
Description
エレクトロスピニング法を用いて形成された堆積体は、繊維がランダムに堆積しているため全方位における引張強度が低く、かつ引張強度のばらつきが大きくなる。この場合、繊維を堆積させる際に繊維を機械的に一方向に引っ張れば、堆積体における繊維が延びる方向を揃えることができる。繊維が延びる方向を揃えることができれば、繊維が延びる方向における堆積体の引張強度を高くすることができる。しかしながら、繊維を堆積させる際に繊維を機械的に一方向に引っ張るだけでは、当該方向における引張強度しか高くすることができない。
そのため、複数の方向における引張強度を高めることができる繊維配向材の製造方法の開発が望まれていた。
(繊維配向材)
図1(a)、(b)は、繊維配向材100を例示するための模式図である。
図1(a)は繊維配向材100の模式斜視図、図1(b)は図1(a)における繊維配向材100をZ方向から見た図である。
なお、図中における矢印X、Y、Zは互いに直交する三方向を表している。例えば、繊維配向材100の厚み方向(繊維配向材100の主面に垂直な方向)をZ方向としている。また、厚み方向に対して垂直な1つの方向をY方向とし、Z方向とY方向とに垂直な方向をX方向としている。
繊維6は、例えば、エレクトロスピニング法を用いて形成することができる。
繊維6は、高分子物質を含んでいる。高分子物質は、例えば、工業材料や生体親和性材料などとすることができる。工業材料は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン、アラミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルスルホンなどとすることができる。生体親和性材料は、例えば、コラーゲン、ラミニン、ゼラチン、ポリアクリロニトリル、キチン、ポリグリコール酸、ポリ乳酸などとすることができる。ただし、高分子物質は、例示をしたものに限定されるわけではない。
ただし、後述する引張強度の異方性や、分子の長軸が延びる方向などから、密着状態にある繊維6が存在することは証明できる。
また、後述する密着工程において、繊維6がなるべく溶解しないようにされるため、繊維配向材100に含まれる繊維6の直径寸法は、堆積体7に含まれる繊維6の直径寸法とすることができる。
堆積体7に含まれる繊維6の平均直径は、例えば、堆積体7の表面の電子顕微鏡写真を撮影し(図9を参照)、電子顕微鏡写真により確認されたランダムに100本の繊維6の直径寸法を平均することで求めることができる。
引張強度は、定速伸張形引張試験機などにより測定することができる。この場合、引張強度は、例えば、JIS P8113に準拠して引張強さ(破断するまでの最大引張荷重)として測定することができる。
また、繊維配向材100は、繊維6が第1の方向に配向されている領域と、繊維6が第1の方向と交差する第2の方向に配向されている領域とをZ方向(厚み方向)に有する。
しかしながら、繊維配向材100は、繊維6の配向方向が第1の方向となっている領域と、繊維6の配向方向が第1の方向と交差する第2の方向となっている領域とを有しているので、第1の方向および第2の方向における引張強度を高くすることができる。すなわち、繊維配向材100によれば、複数の方向における引張強度を高めることができる。
また、第1の方向と第2の方向との間の角度を変化させれば、引張強度が高い方向を変化させることができる。すなわち、Z方向と直交する方向において、引張強度が高くなる方向を任意に設定することができる。
また、繊維配向材100が、繊維6がX方向に対して45°傾いて配向された領域をさらに有していれば、X方向に対して45°傾いた方向における引張強度をも高くすることができる。そのため、三方向における引張強度を高くすることができる。つまり、繊維6の配向方向が引張強度が高くなる方向となるので、繊維6の配向方向が互いに異なる領域の数が多くなれば、引張強度がより等方的になる。
なお、繊維6の配向方向が互いに異なる領域の数および組み合わせ、各領域における繊維6の配向方向は、図1(a)、(b)に例示をしたものに限定されるわけではない。
なお、X方向を0°と180°の方向、Y方向を90°と270°の方向としている。 また、図2(a)は、繊維6がX方向に配向されている堆積体7の場合である。堆積体7は、繊維6を機械的に一方向に引っ張って堆積させることで形成した。例えば、後述する図3に示すように、回転する収集部4を有するエレクトロスピニング装置1を用いて、繊維6を巻き取る方向に引っ張るとともに堆積させれば、含まれている繊維6が配向されている(繊維6が大体同じ方向に延びている)堆積体7を形成することができる。図2(a)は、堆積体7における繊維6の配向方向をX方向とした場合である。なお、堆積体7の製造方法については後述する。
図2(b)は、繊維配向シート70の場合である。繊維配向シート70においては、繊維6同士が密着し、且つ、繊維6がX方向に配向されている。この場合、堆積体7に比べて、繊維6が延びる方向がより揃っている。繊維配向シート70は、揮発性の液体201を堆積体7に供給し、揮発性の液体201を含む堆積体7を乾燥させることで形成した。なお、繊維配向シート70の製造方法は、後述する繊維配向材100の製造方法と同様とすることができる。
図2(c)は、本実施の形態に係る繊維配向材100の場合である。ただし、繊維配向材100は、繊維6同士が密着し、且つ、繊維6がX方向に配向された領域と、繊維6同士が密着し、且つ、繊維6がY方向に配向された領域とを有する。なお、繊維配向材100の製造方法については後述する。
図2(b)に示すように、繊維配向シート70においては、繊維6同士が密着し、且つ、繊維6が延びる方向がより揃っているので、堆積体7に比べて、X方向における引張強度を高くすることができる。また、繊維6同士が密着しているので、堆積体7に比べて、Y方向における引張強度を高くすることができる。
この場合、繊維6の配向方向が互いに異なる領域の数が多くなれば、引張強度が極大となる引張方向の数も多くなる。すなわち、繊維配向材100の中心を通る線と、引張方向とのなす角度が0°以上180°未満の範囲において、引張強度が極大となる引張方向は2つ以上ある。
また、繊維6の材料がコラーゲンである場合には、繊維配向シート70のX方向における引張強度F1は60MPa程度であり、Y方向における引張強度F2は27MPa程度である(図18を参照)。
これに対して、繊維配向材100におけるF2/F1は、理想的には1となる。ただし、実際には、各領域において繊維6の数や繊維6が延びる方向にはばらつきがあるので、F2/F1は、以下の式のようになる。
0.7≦F2/F1≦1.5
また、厚み方向において、繊維配向材100の各領域は密着している。そのため、繊維配向材100の厚み方向における引張強度は、0.18MPa以上となる。
なお、堆積体7の厚み方向における引張強度は、0.00052MPa程度である。
分子の長軸が延びる方向は、高分子物質の種類に応じた構造決定方法を用いて知ることができる。
例えば、ポリスチレンなどの場合にはラマン分光法を用いることができ、ポリイミドなどの場合には偏光吸光度分析法を用いることができる。
ここでは一例として、高分子物質がコラーゲンなどのアミド基を有する有機化合物である場合を説明する。アミド基を有する有機化合物の場合には、例えば、赤外分光法の一種である偏光FT−IR−ATR法(偏光フーリエ変換赤外分光法)を用いて分子の長軸が延びる方向、ひいては繊維6が配向されているか否かを知ることができる。
波数が1640cm−1の場合の吸収強度をT1、波数が1540cm−1の場合の吸収強度をT2とする。
この場合、吸収強度T1は、分子の長軸が延びる方向と直交する方向における吸収強度となる。吸収強度T2は、分子の長軸が延びる方向における吸収強度となる。
そのため、所定の偏光方向における吸光度比R1(T1/T2)が小さくなれば、その偏光方向に延びている分子が多いことが分かる。
本実施の形態に係る繊維配向材100においては、R1/R2が大きくなる。例えば、後述するように、R1/R2は、1.05以上となる。
また、前述したように、延伸された高分子物質においては、分子の長軸が延びる方向が、繊維6が延びる方向となる傾向がある。そのため、R1/R2が大きいということは、繊維6が配向されている(繊維6が延びる方向が揃っている)ことを意味している。
またさらに、例えば、生体組織の三次元培養などの特定の技術分野においては、繊維6に含まれる高分子物質の分子の長軸が延びる方向が揃っている(R1/R2が大きい)ことが重要となる場合がある。
本実施の形態に係る繊維配向材100は、繊維6に含まれる高分子物質の分子の長軸が延びる方向が揃っている(R1/R2が大きい)ので、生体組織の三次元培養などの特定の技術分野にも用いることが可能となる。
次に、本実施の形態に係る繊維配向材100の製造方法について説明する。
まず、エレクトロスピニング装置1を用いて、微細な繊維6を形成し、形成された繊維6を堆積させて堆積体7を形成する。また、形成された繊維6を堆積させる際に、繊維6を機械的に一方向に引っ張ることで、堆積体7における繊維6が延びる方向がなるべく揃うようにする。
図3に示すように、エレクトロスピニング装置1には、ノズル2、電源3、および収集部4が設けられている。
ノズル2には、原料液5を排出するための孔が設けられている。
電源3は、ノズル2に所定の極性の電圧を印加する。例えば、電源3は、ノズル2と収集部4との間の電位差が10kV以上となるように、ノズル2に電圧を印加する。ノズル2に印加する電圧の極性は、プラスとすることもできるし、マイナスとすることもできる。なお、図3に例示をした電源3は、ノズル2にプラスの電圧を印加する。
収集部4は、ノズル2の原料液5が排出される側に設けられている。収集部4は、接地されている。収集部4には、ノズル2に印加する電圧と逆極性の電圧を印加するようにしてもよい。また、収集部4は、円柱状を呈し、回転するようになっている。
高分子物質には特に限定がなく、形成したい繊維6の材質に応じて適宜変更することができる。高分子物質は、例えば、前述したものと同様とすることができる。
また、無機電解質、有機電解質、界面活性剤、消泡剤などの添加剤を使用してもよい。 なお、高分子物質および溶媒は、例示をしたものに限定されるわけではない。
電源3は、ノズル2に電圧を印加する。すると、排出口の近傍にある原料液5が所定の極性に帯電する。図3に例示をしたものの場合には、排出口の近傍にある原料液5がプラスに帯電する。
収集部4は、接地されているので、ノズル2と収集部4の間に電界が形成される。そして、電気力線に沿って作用する静電力が表面張力より大きくなると、排出口の近傍にある原料液5が静電力により収集部4に向けて引き出される。引き出された原料液は、引き伸ばされ、原料液に含まれる溶媒が揮発することで繊維6が形成される。形成された繊維6が回転している収集部4の上に堆積することで、堆積体7が形成される。また、回転している収集部4の上に繊維6が堆積する際に、繊維6が回転方向に引っ張られる。形成された繊維6を堆積させる際に、繊維6を機械的に一方向に引っ張ることで、堆積体7における繊維6が延びる方向が揃えられる。
図4(a)は、静止した平板状の収集部に繊維6を堆積した場合の電子顕微鏡写真である。
図4(b)は、回転している収集部4の上に繊維6を堆積した場合の電子顕微鏡写真である。
図4(a)、(b)から分かるように、形成された繊維6を堆積させる際に、繊維6を機械的に一方向に引っ張れば、堆積体7における繊維6が延びる方向をある程度揃えることができる。また、繊維6同士の間の隙間(空隙)を少なくすることができる。
ところが、回転する収集部4やガス流により繊維6を機械的に一方向に引っ張ると、風や電界の乱れが発生する。そのため、繊維6を機械的に一方向に引っ張るだけでは、繊維6が延びる方向を揃えることに限界がある。
また、繊維6が延びる方向を揃えることができたとしても、一方向に限られる。
また、繊維6同士を密着させることはできない。
図5は、堆積体シート7a〜7cの切り出しを例示するための模式図である。
図5に示すように、堆積体7における繊維6が延びる方向を基準に、堆積体シート7a〜7cの回転方向の位置を変えて堆積体シート7a〜7cを切り出せば、所望の方向に延びている繊維6が含まれる堆積体シート7a〜7cを得ることができる。
例えば、堆積体シート7aは、繊維6がX方向に延びているシートとすることができる。堆積体シート7bは、繊維6がY方向に延びているシートとすることができる。堆積体シート7cは、繊維6がX方向に対して45°傾いて延びているシートとすることができる。
なお、堆積体シートの数や形状、各堆積体シートにおける繊維6が延びる方向は例示をしたものに限定されるわけではない。
なお、以下においては、一例として、堆積体シート7a、7bを用いて繊維配向材100を製造する場合を説明する。
図6〜図8(b)は、密着工程を例示するための模式図である。
まず、図6に示すように、基台などの上に堆積体シート7a、7bを重ねて載置する。この際、図6に示すように堆積体シート7a、7bを交互に載置することもできるし、複数の堆積体シート7bを載置し、その上に複数の堆積体シート7aを載置することもできるし、最初に堆積体シート7aを載置することもできる。すなわち、載置の順番や堆積体シート7a、7bの組み合わせは適宜変更することができる。
揮発性の液体201には特に限定はないが、繊維6がなるべく溶解しないものとすることが好ましい。揮発性の液体201は、例えば、アルコール類(メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなど)、アルコール水溶液、アセトン、アセトニトリル、エチレングリコールなどとすることができる。
図7(b)に示すように、積み重ねた堆積体シート7a、7bに揮発性の液体201を供給しただけでは、繊維6同士は密着しない。
乾燥手段には特に限定はない。例えば、揮発性の液体201を含む堆積体シート7a、7bを密閉容器内で自然乾燥させることができる。この様にすれば、揮発性の液体201の蒸発速度を制御するのが容易となる。
これに対し、基台と堆積体シート7a、7bとの密着力を利用すれば、図8(b)に示すように、堆積体シート7a、7bのX、Y方向の収縮量をZ方向の収縮量より少なくすることができる。
そのため、繊維6同士が密着し、且つ、繊維6がX方向に配向された領域と、繊維6同士が密着し、且つ、繊維6がY方向に配向された領域とを2つずつ有する繊維配向材100が形成される。
以上の様にして、本実施の形態に係る繊維配向材100を製造することができる。
なお、堆積体シート7aのみを用いれば、繊維配向シート70を製造することができる。
図10(a)、(b)は、繊維配向材100の表面の電子顕微鏡写真である。
図10(a)は、繊維配向材100の表面の電子顕微鏡写真である。
図10(b)は、繊維配向材100の表面の電子顕微鏡写真である。
図10(a)、(b)は、揮発性の液体201が除去(乾燥)された後の繊維6の状態を表している。
繊維6同士が密着した状態となれば、繊維6が延びる方向をさらに揃えることができる。すなわち、繊維配向材100においては、繊維6が配向されている。
なお、繊維配向材100において、繊維6同士が密着した状態となっており、また、繊維6が配向されていることは、前述した引張強度の異方性や、分子の長軸が延びる方向などにより確認することもできる。
図11(a)、(b)は、繊維配向材100の表面の光学顕微鏡写真である。
図11(a)は、繊維配向材100の表面の光学顕微鏡写真である。
図11(b)は、繊維配向材100の表面の光学顕微鏡写真である。
図11(a)、(b)から分かるように、繊維配向材100の表面を光学顕微鏡により観察すると、ピッチ寸法Pが100μm程度の縞構造を確認することができる。
この様な縞構造は、揮発性の液体201が除去されて繊維6同士が密着するにつれて、複数の繊維6の束が集合体となって一定間隔で収縮したため形成されたものと考えられる。
以下、実施例に基づいて繊維配向材100をさらに詳細に説明する。ただし、以下の実施例は、本発明を限定するものではない。
まず、以下のようにして堆積体7を形成した。
高分子物質は、生体親和性材料であるコラーゲンとした。
溶媒は、トリフルオロエタノールと、純水の混合溶媒とした。
原料液5は、2wt%〜10wt%のコラーゲンと、80wt%〜97wt%のトリフルオロエタノールと、1wt%〜15wt%の純水との混合液とした。
エレクトロスピニング装置1は、図3に例示をした回転する収集部4を有するものとした。
エレクトロスピニング装置1により形成された繊維6は、コラーゲンを10wt%以上含むものとなった。
また、繊維6の直径寸法は、70nm〜180nm程度であった。
また、回転する収集部4により繊維6を機械的に一方向に引っ張ることで、堆積体7における繊維6が延びる方向をある程度揃えた。この場合、堆積体7における繊維6の状態は、前述した図9に示したものとなった。
図13(a)〜(d)は、繊維6の表面の原子間力顕微鏡写真である。
図13(a)は、形状像である。図13(b)は、位相像である。図13(c)は、図13(a)中のA部の拡大写真である。図13(d)は、図13(b)中のB部の拡大写真である。
図13(a)〜(d)から分かるように、エレクトロスピニング装置1により形成された繊維6の表面を原子間力顕微鏡で分析すると、繊維6の軸方向に硬さの差に由来する筋状のコントラストを確認することができる。
この様な構成を有する繊維6を配向させれば、高い分子配向度を得ることができるものと考えられる。
次に、積み重ねた堆積体シート7a、7bにエタノールを供給した。エタノールの濃度は、40wt%〜ほぼ100wt%とした。エタノールの供給は、大気中で行った。エタノールの温度は室温とした。
乾燥は、密閉した容器内で行った。容器内の圧力は大気圧とした。容器内の温度は室温とした。すなわち、エタノールを含む堆積体シート7a、7bを密閉容器内で自然乾燥させた。
この場合、前述したように、エタノールを含む堆積体シート7a、7bを乾燥させて、X、Y、Z方向に収縮した堆積体シート7a、7bを得ることもできるし、基台と堆積体シート7a、7bとの密着力を利用してX、Y方向の収縮量がZ方向の収縮量より少ない堆積体シート7a、7bを得ることもできる。なお、基台と堆積体シート7a、7bの密着力を利用する場合には、ポリスチレンを含む基台を用いればよい。
図14に示すように、試験片の長手方向が繊維6が延びる方向に平行なものを試験片C、試験片の長手方向が繊維6が延びる方向に垂直なものを試験片D、試験片の長手方向と繊維6が延びる方向とがなす角度が45°のものを試験片Eとした。
図15(a)、(b)は、引張試験の様子を例示するための写真である。
図15(a)は、引張試験開始時の様子を例示するための写真である。図15(b)は、試験片の破断時の様子を例示するための写真である。
図16(a)は、試験片Dの光学顕微鏡写真である。
図16(b)は、試験片Cの光学顕微鏡写真である。
なお、コラーゲンを含む試験片C、Dの厚みは90μm程度、幅は2mm、長さは12mmとした。また、伸張速度は、1mm/minとした。
図17から分かるように、試験片Cの引張強度は5.6、引っ張り伸び率は、9%〜11%であった。
なお、引張強度は、最大応力/断面積としている。
なお、試験片C1、D1は堆積体7から形成された試験片、試験片C2、D2は繊維配向シート70(前述した密着工程が施された堆積体7)から形成された試験片、試験片C3、D3、E3は繊維配向材100から形成された試験片である。
そのため、試験片D2において、この硬い面が、引張試験の初期に破断することで、図18に示すような引張応力のピークが生じたものと考えられる。
図18から明らかな様に、繊維配向材100とすれば、複数の方向における引張強度を高めることができることが証明された。
この場合、測定装置や測定条件などは以下の様にした。
測定装置:FTS−55A(Bio-Rad Digilab 製FT-IR)
測定モード:減衰全反射(Attenuated Total Reflection,ATR)法
測定条件:
光源;特殊セラミックス
検出器;DTGS
分解能;4cm−1
積算回数;64回
IRE;Ge
入射角;45°
アタッチメント;一回反射ATR用アタッチメント(シーガル)
波数が1640cm−1の場合の吸収強度T1は0.075、波数が1540cm−1の場合の吸収強度T2は0.043となった。
所定の偏光方向における吸光度比R1(T1/T2)は1.748、繊維配向材100の向きを90°回転させた場合の吸光度比R2は1.575となった。
本発明者らの得た知見によれば、繊維配向材100の配向度パラメータ(R1/R2)は、1.05以上とすることができる。
なお、堆積体7の表面を同様にして分析すると、配向度パラメータ(R1/R2)は、1.04となった。
表1は、「密着工程」の効果を例示するための表である。
なお、表1中の「0°」は繊維6の配向方向と平行な方向を表している。「90°」は繊維6の配向方向と垂直な方向を表している。「45°」は繊維6の配向方向と45°の角度をなす方向を表している。
表1から分かるように、本発明は、コラーゲンなどの生体親和性材料のみならず、ポリイミドなどの工業材料にも適用することができる。
すなわち、前述した「密着工程」を行えば、工業材料からなる繊維配向材100であっても分子配向度の向上、引張強度の向上などを図ることができる。
Claims (5)
- エレクトロスピニング法を用いて繊維を形成し、前記繊維を堆積させて堆積体を形成する工程と、
前記堆積体の少なくとも一部で形成された複数の堆積体シートを積み重ねる工程と、
前記積み重ねられた複数の堆積体シートに揮発性の液体を供給する工程と、
前記揮発性の液体を含む前記積み重ねられた複数の堆積体シートを乾燥させる工程と、
を備え、
前記複数の堆積体シートを積み重ねる工程において、少なくとも1つの前記堆積体シートにおける前記繊維の延びる方向が、他の前記堆積体シートにおける前記繊維の延びる方向とは異なるようにし、
前記乾燥させる工程において、前記積み重ねられた複数の堆積体シートの体積が収縮する繊維配向材の製造方法。
- エレクトロスピニング法を用いて繊維を形成し、前記繊維を堆積させて堆積体を形成する工程と、
基台の面に、前記堆積体から形成された複数の堆積体シートを積み重ねる工程と、
前記積み重ねられた複数の堆積体シートに揮発性の液体を供給する工程と、
前記揮発性の液体を含む前記積み重ねられた複数の堆積体シートを乾燥させる工程と、
を備え、
前記乾燥させる工程において、前記積み重ねられた複数の堆積体シートの体積が収縮する繊維配向材の製造方法。
- 前記乾燥させる工程において、前記基台の面と、前記基台側の前記堆積体シートと、が密着する請求項2記載の繊維配向材の製造方法。
- 前記乾燥させる工程において、前記繊維同士の間の前記揮発性の液体に生じた毛管力により、前記繊維同士が密着する請求項1〜3のいずれか1つに記載の繊維配向材の製造方法。
- 前記乾燥させる工程において、前記積み重ねられた複数の堆積体シートの、前記基台の面に平行な方向の収縮量は、前記基台の面に垂直な方向の収縮量よりも少ない請求項3記載の繊維配向材の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020134435A JP6929424B2 (ja) | 2019-01-17 | 2020-08-07 | 繊維配向材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019005889A JP6749432B2 (ja) | 2019-01-17 | 2019-01-17 | 繊維配向材の製造方法 |
JP2020134435A JP6929424B2 (ja) | 2019-01-17 | 2020-08-07 | 繊維配向材の製造方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019005889A Division JP6749432B2 (ja) | 2019-01-17 | 2019-01-17 | 繊維配向材の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020180426A JP2020180426A (ja) | 2020-11-05 |
JP6929424B2 true JP6929424B2 (ja) | 2021-09-01 |
Family
ID=73023402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020134435A Active JP6929424B2 (ja) | 2019-01-17 | 2020-08-07 | 繊維配向材の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6929424B2 (ja) |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2606743B2 (ja) * | 1989-09-30 | 1997-05-07 | 金井 宏之 | クリーニングシート |
US6303136B1 (en) * | 1998-04-13 | 2001-10-16 | Neurotech S.A. | Cells or tissue attached to a non-degradable filamentous matrix encapsulated by a semi-permeable membrane |
US8691098B2 (en) * | 2004-12-10 | 2014-04-08 | Fresenius Hemocare Italia S.R.L. | Porous web, particularly for filtration of biological fluids |
AU2006220565A1 (en) * | 2005-03-07 | 2006-09-14 | Georgia Tech Research Corporation | Nanofilament scaffold for tissue regeneration |
US7820195B2 (en) * | 2005-12-30 | 2010-10-26 | Neurotech Usa, Inc. | Micronized device for the delivery of biologically active molecules and methods of use thereof |
FR2921011B1 (fr) * | 2007-09-14 | 2009-11-27 | Michelin Soc Tech | Produit stratifie composite. |
JP2011094281A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-05-12 | Mecc Co Ltd | 多層繊維集合体およびその製造方法 |
KR101424850B1 (ko) * | 2010-05-25 | 2014-08-01 | 코오롱패션머티리얼 (주) | 폴리이미드 다공성 나노섬유 웹 및 그 제조방법 |
CZ2011376A3 (cs) * | 2011-06-27 | 2012-08-22 | Contipro Biotech S.R.O. | Zpusob výroby materiálu s anizotropními vlastnostmi složených z nanovláken nebo mikrovláken a zarízení pro provádení tohoto zpusobu |
CA2859007A1 (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-04 | Toray Industries, Inc. | Carbon fiber base, prepreg and carbon-fiber-reinforced composite material |
KR101450217B1 (ko) * | 2012-11-29 | 2014-10-14 | (주)우리나노필 | 전기방사 장치 |
US20160288034A1 (en) * | 2013-09-30 | 2016-10-06 | Jnc Corporation | Fibrous laminate containing ultrafine fibers and filter comprising same |
MX2016006291A (es) * | 2013-11-13 | 2017-06-29 | Polyone Corp * | Estructura compuesta con laminado adhesivo termoplastico reforzado y metodo de fabricación. |
JP6749432B2 (ja) * | 2019-01-17 | 2020-09-02 | 株式会社東芝 | 繊維配向材の製造方法 |
-
2020
- 2020-08-07 JP JP2020134435A patent/JP6929424B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020180426A (ja) | 2020-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ojha et al. | Morphology of electrospun nylon‐6 nanofibers as a function of molecular weight and processing parameters | |
Wang et al. | Molecular orientation in individual electrospun nanofibers studied by polarized AFM–IR | |
Conte et al. | Effects of post-draw processing on the structure and functional properties of electrospun PVDF-HFP nanofibers | |
JP2009127150A (ja) | エレクトロスピニング装置 | |
US11421360B2 (en) | Fiber sheet and method for manufacturing same | |
JP6612664B2 (ja) | 繊維配向シート | |
JP6749432B2 (ja) | 繊維配向材の製造方法 | |
JP6929424B2 (ja) | 繊維配向材の製造方法 | |
JP6833914B2 (ja) | 繊維配向シートの製造方法 | |
JP6470327B2 (ja) | 繊維配向材、及びその製造方法 | |
Pise et al. | Study of process parameters affecting the diameter and morphology of electrospun polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofibers | |
JP4695431B2 (ja) | 撚糸および撚糸の製造方法 | |
Sharma et al. | The effects of processing variables on electrospun poly (ethylene glycol) fibrous hydrogels formed from the thiol‐norbornene click reaction | |
US20180222145A1 (en) | Fiber-oriented material and method for manufacturing the same | |
Doustgani et al. | Physical and chemical investigation of polycaprolactone, nanohydroxyapatite and poly (vinyl alcohol) nanocomposite scaffolds | |
Clawson | Structure and defects in high-performance aramid fibers | |
JP6718159B2 (ja) | プラスチックナノファイバおよび光ファイバならびにプラスチックナノファイバの作製方法 | |
Oleiwi et al. | Morphology Characterization of Electrospun Polystyrene Membranes | |
Rubio et al. | Effect of the air coflow temperature and spinneret position on the solution blow spinning technique | |
Affandi | Studies on fabrication, morphology and performances of bi-layer electrospun nanofibre membranes | |
Joo | Fabrication and Characterisation of Highly Aligned Fibrous Assemblies | |
Tan | Fabrication and characterisation of highly aligned fibrous assemblies/Tan Chin Joo | |
Lagoudas et al. | Electrospinning of continuous piezoelectric yarns for composite application | |
Boppa | Characterization of structure and tensile properties of electrospun web | |
Gergely et al. | Process Optimization of PVDF Piezoelectric Nanofiber Production via Electrospinning |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200813 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210409 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210604 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210709 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210810 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6929424 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |