JP7105434B2 - 扁平な繊維構造体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は扁平な繊維構造体およびその製造方法に関する。

扁平な繊維構造体として、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１の扁平な繊維構造体は、扁平モノフィラメントによって構成されている。

特開２００３－１９３３２７号公報

しかし、特許文献１に記載の扁平な繊維構造体は、その扁平度すなわち厚みと幅との比が、たかだか１／１０程度である（特許文献１、［００３３］）。それ以上の扁平度を有する繊維構造体は知られていない。また、特許文献１に記載の扁平な繊維構造体は、モノフィラメントによって構成されているため、硬く、したがって柔軟性に劣る。

そこで本発明は、厚みと幅との比が大きく、しかも柔軟性を有する扁平な繊維構造体を得ることを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の扁平な繊維構造体は、
複数の繊維形成成分が、繊維の長さ方向に揃えられたうえで繊維の径方向に一列に並べられた状態で、前記繊維形成成分よりも低融点の熱融着成分によって互いに接着一体化されることで、繊維構造体を構成しており、
前記繊維形成成分及び熱融着成分が、いずれもポリアミド系ポリマーまたはいずれもポリエステル系ポリマーにて構成されており、
前記一列に並べられた繊維形成成分は、前記繊維構造体の厚み方向の位置を違えずに配置されるか、または前記繊維形成成分の径寸法の範囲内において前記繊維構造体の厚み方向の位置を違えて配置されており、
前記繊維構造体は、幅が０．１～１０ｍｍであり、厚みが１０～３００μｍであり、かつ扁平度（厚み／幅の比）が１／２０～１／３００であることを特徴とする。

したがって本発明によれば、複数の繊維形成成分が構造体の幅方向に並んだ状態で互いに接着一体化されていることで、この並びの数を多くすることによって、厚み寸法に比べて幅寸法の大きな繊維構造体を得ることができる。また複数の繊維形成成分にて構成されているため、モノフィラメントにて構成される場合に比べて良好な柔軟性を得ることができる。

本発明の扁平な繊維構造体によれば、複数の繊維形成成分が繊維の径方向に並べられた状態で構成され、扁平度（厚み／幅の比）が高いことから、モノフィラメントである場合よりも良好な柔軟性を発揮することができる。具体的な扁平度は、上述のように、１／２０～１／３００である。

本発明の扁平な繊維構造体によれば、所要の扁平度を得るためには、各繊維形成成分の繊度が１～２０ｄｔｅｘであることが好適である。

本発明の扁平な繊維構造体によれば、繊維形成成分及び熱融着成分は、上述のように、いずれもポリアミド系ポリマーまたはポリエステル系ポリマーにて構成されている。

本発明の扁平な繊維構造体の製造方法は、
いずれもポリアミド系ポリマーまたはいずれもポリエステル系ポリマーにて構成された、低融点熱可塑性ポリマーと、この低融点熱可塑性ポリマーよりも高融点の高融点熱可塑性ポリマーとを用い、
前記低融点熱可塑性ポリマーと高融点熱可塑性ポリマーとが複合化された複合型熱融着性繊維の複数が無撚りの状態で集束された集束体を用い、
この集束体に熱及び押圧力を付与することにより、前記低融点熱可塑性ポリマーを軟化または溶融させて熱融着成分とするとともに、前記高融点熱可塑性ポリマーにて構成される複数の繊維状の繊維形成成分として、この複数の繊維形成成分が繊維の長さ方向に揃えられたうえで繊維の径方向に一列に並べられた状態としたうえで、
複数の繊維形成成分を熱融着成分によって接着一体化させて、前記一列に並べられた繊維形成成分を、前記一列に並べられた繊維形成成分の前記列の厚み方向の位置を違えずに配置させるか、または前記一列に並べられた繊維形成成分の径寸法の範囲内において前記列の厚み方向の位置を違えて配置させて、幅が０．１～１０ｍｍであり、厚みが１０～３００μｍであり、かつ扁平度（厚み／幅の比）が１／２０～１／３００である扁平構造体に加工することを特徴とする。

このようにすれば、本発明の扁平な繊維構造体を容易に製造することができる。

本発明の製造方法によれば、押圧力を付与した後の、熱融着成分がまだ軟化または溶融しているときに、所定幅のガイドに通すことによって、扁平構造体の幅寸法の一定化を図ることができる。

このようにすれば、本発明の扁平な繊維構造体を連続的に製造するときに、幅方向寸法の揃った製品を得ることができる。

本発明の扁平な繊維構造体によれば、複数の繊維形成成分が構造体の幅方向に並んだ状態で互いに接着一体化されていることで、この並びの数を多くすることによって、厚み寸法に比べて幅寸法の大きな繊維構造体を得ることができる。本発明の製造方法によれば、本発明の扁平な繊維構造体を容易に製造することができる。

本発明の実施の形態の扁平な繊維構造体の断面構造を示す図である。 本発明の他の実施の形態の扁平な繊維構造体の断面構造を示す図である。 本発明の扁平な繊維構造体を得るための繊維の集束体の断面構造を示す図である。 本発明の実施の形態の扁平な繊維構造体の製造方法を示す図である。

図１に示す扁平な繊維構造体１１では、複数の繊維状の繊維形成成分１２が、繊維の長さ方向に揃えられた状態で繊維の径方向に並べられている。そして、そのうえで、これらの複数の繊維形成成分１２が、熱融着成分１３によって互いに接着一体化されている。繊維形成成分１２は、その繊度が１～２０ｄｔｅｘのものを好適に用いることができる。その結果、扁平な繊維構造体１１は、その幅が０．１～１０ｍｍ、厚みが１０～３００μｍといったものとすることができ、扁平度が１／２０～１／３００の高扁平度の繊維構造体となり、極めて柔軟性に優れたものとなる。なお、扁平度の下限は、１／５０であることがより好ましく、１／１００であることがさらに好ましい。

図１に示す扁平な繊維構造体１１は、繊維状体である繊維形成成分１２の繊維径に対応した厚みで形成されている。その幅は、繊維形成成分１２の数を加減することによって、任意に設定することができる。

図２に示す扁平な繊維構造体１１ａでは、各繊維形成成分１２が繊維構造体１１ａの厚み方向の位置を違えながら、繊維構造体１１ａの幅方向すなわち繊維の径方向に並べられている。このため、図１に示したものよりも大きな厚みを呈することができる。繊維構造体１１ａの厚み方向における各繊維形成成分１２の位置を種々変化させることで、任意の厚みの、扁平な繊維構造体１１ａを構成することができる。場合によっては、複数の繊維形成成分１２が繊維の径方向に並べられた状態で形成された層を複数積層した構成とすることもできる。

このように繊維構造体１１、１１ａは、複数の繊維形成成分１２にて構成されているために、モノフィラメントで構成されている場合に比べて、柔軟なものとすることができる。

図１および図２に示される繊維構造体１１、１１ａにおいては、繊維形成成分１２と熱融着成分１３とは、いずれも熱可塑性ポリマーにて形成される。そして、熱融着成分１３は、その融点が、繊維形成成分１２の融点よりも低いものとされる。繊維形成成分１２と熱融着成分１３とは、相互の接着性の観点からは、互いに同種類のポリマーであることが好ましいが、所望により異種のポリマーの組合せのものも好ましく用いることができる。目的に応じて組み合わせは適宜選択すればよい。熱可塑性ポリマーとしては、たとえば、ポリエステル系ポリマー、ポリアミド系ポリマー（ナイロン）、ポリオレフィン系ポリマー、ポリブチラール系ポリマー、ポリアクリル系ポリマー、ポリエチレン－酢酸ビニルコポリマー、ポリウレタンポリマーなどが挙げられる。なかでも、柔軟性を重視する場合は両ポリマーがいずれもポリアミド系ポリマーであることが好ましく、強度や剛性や硬さや耐候性を重視する場合には両ポリマーがいずれもポリエステル系ポリマーであることが好ましい。

低融点熱可塑性ポリマーと高融点熱可塑性ポリマーとの具体的な好ましい組み合わせは、両者の相溶性や熱接着性を考慮すると、低融点ポリエステルと高融点ポリエステル、低融点ポリプロピレンと高融点ポリプロピレン、ポリエチレンとポリプロピレン、低融点ナイロンと高融点ナイロン、などが挙げられる。また、異種のポリマーの組合せとしては、ポリエステルとポリオレフィンの組合せやナイロンとポリオレフィンの組合せが挙げられる。

図３は、図１および図２の繊維構造体１１、１１ａを製造するための材料となる複数の繊維の集束体１５を示す。１６は集束体１５を構成する繊維である。繊維１６は、芯鞘型熱融着性複合繊維にて構成され、その芯部１７に上述の高融点の熱可塑性ポリマーが配されるとともに、その鞘部１８に上述の低融点の熱可塑性ポリマーが配された構成である。

図１および図２の繊維構造体１１、１１ａの製造に際しては、図３に示す、複数の連続繊維を集束した集束体１５を用いる。集束体１５は、押圧した際に繊維形成成分１２としての複数の芯部１７が繊維の径方向に並びやすくすることを目的として、無撚りのものを用いるとよい。この集束体１５には、熱及び押圧力を付与する。加熱については、低融点の鞘部１８の熱可塑性ポリマーが軟化または溶融し、それよりも高融点の芯部１７の熱可塑性ポリマーは軟化も溶融もしない温度条件で処理する。また、押圧力については、集束体１５の径方向に押圧力を加えることによって、高融点熱可塑性ポリマーにて構成される繊維状体の複数の繊維形成成分１２が繊維の長さ方向に揃えられたうえで繊維の径方向に並べられる。そして、このように複数の繊維形成成分１２が繊維の径方向に並べられた状態で、軟化または溶融してなる低融点熱可塑性ポリマーが熱融着成分１３として機能し、複数の繊維形成成分１２を接着一体化して、図１および図２に示す繊維構造体１１、１１ａが得られる。繊維構造体１１、１１ａの幅方向の寸法および厚み方向の寸法は、使用した芯部１７の繊度、使用した複合繊維１６の繊度及びその本数、加えた押圧力の大きさなどによって決定される。

芯鞘型熱融着性複合繊維１６の断面形状は、所期の性能が損なわれない範囲であれば、丸断面、異形断面、中空断面等のいずれであってもよい。

繊維１６における低融点熱可塑性ポリマーおよび高融点熱可塑性ポリマーには、それぞれ独立して、熱安定剤、結晶核剤、艶消剤、顔料、耐光剤、耐候剤、滑剤、酸化防止剤、抗菌剤、香料、可塑剤、染料、界面活性剤、難燃剤、表面改質剤、各種無機、有機電解質などの添加剤が含有されていてもよい。

図３に示された、複数の連続複合繊維１６を集束してなる集束体１５は、市販品として入手することも可能である。たとえば、ユニチカ社製の芯鞘型熱融着性複合繊維からなるマルチフィラメント糸「ＭＥＬＳＥＴ（登録商標）」が使用できる。

図３に示される集束体１５を構成する繊維１６の複合形態としては、上述の芯鞘型のほかにも、低融点熱可塑性ポリマーと高融点熱可塑性ポリマーとが半々に配されたサイドバイサイド型などが挙げられる。熱融着性複合繊維１６における低融点熱可塑性ポリマーと高融点熱可塑性ポリマーとの質量比率は、繊維構造体１１、１１ａの所要強度や、鞘部１８を構成していた低融点の熱融着成分１９の接着強度などの観点から、例えば、高融点熱可塑性ポリマー／低融点熱可塑性ポリマーの比率で２／８～８／２、特に３／１～５／５が好適である。

図３に示される集束体１５には、低融点熱可塑性ポリマーおよび高融点熱可塑性ポリマーの融点、両者の質量比率、繊度、強度および伸度等の物性がそれぞれ異なる２種類以上の熱融着性複合繊維が使用されてもよい。

熱融着成分としての低融点熱可塑性ポリマーの融点は、繊維形成成分としての高融点熱可塑性ポリマーの融点より２０℃以上低いことが好ましい。このような温度特性とすることにより、上述の熱処理に付されても高融点熱可塑性ポリマーの物性は影響を受けず、繊維形態を良好に保持させることができるという利点がある。低融点熱可塑性ポリマーの融点は、加工性や各種物性等を考慮すると、８０～２００℃の範囲内であることが好ましい。低融点熱可塑性ポリマーが明確な融点を有さないときは、該低融点熱可塑性ポリマーの軟化点を融点とみなすことができる。

芯鞘型熱融着性複合繊維１６として、具体的には、融点が２４０℃以上の高融点ポリエステルが芯部１７に配され、融点が１１０～２００℃の低融点の共重合ポリエステルが鞘部１８に配された芯鞘型ポリエステル繊維や、融点１８０℃以上の高融点ポリアミドが芯部１７に配され、融点８０～１６０℃の低融点ポリアミドが鞘部１８に配された芯鞘型ポリアミド繊維が好適に用いられる。また、融点が２４０℃以上の高融点ポリエステルが芯部１７に配され、融点が約１３０のポリエチレンや融点が約１９０℃のポリプロピレンが鞘部１８に配された芯鞘型複合繊維や、ポリアミドが芯部１７に配され、融点が約１３０のポリエチレンや融点が約１９０℃のポリプロピレンが鞘部１８に配された芯鞘型複合繊維を用いることもよい。

図１および図２の繊維構造体１１、１１ａを得るために、図３の繊維の集束体１５に加熱状態で押圧力を加える手法としては、任意の手法を採用することができる。

図４は、力を加えるための装置、すなわち図１および図２の繊維構造体１１、１１ａを製造するための装置の一例を示す。図４に示すように、巻芯２１に巻かれたたとえば図３に示される無撚りの集束体１５が原糸２２として繰り出され、この繰り出された原糸２２は、入口ガイドローラ２３を経て、加熱プレス装置２４に供給される。加熱プレス装置２４は、加熱装置２５と押圧装置２６とを有する。加熱装置２５は、その加熱面に沿って原糸２２がこの原糸２２の長さ方向に走行するように構成されている。押圧装置２６は、加熱装置２５の加熱面に沿って走行中の原糸２２つまり図３に示される集束体１５を、その径方向すなわち繊維形成成分１２の径方向に押圧するように構成されている。加熱装置２５および押圧装置２６は、たとえばこれらをローラ構造とするなどによって、原糸２２の走行方向と同方向に移動する構成とすることもできる。

これによって、集束体１５の熱融着成分１３が加熱装置２５によって溶融または軟化され、かつ繊維形成成分１２は溶融も軟化もされない状態で、複数の連続繊維が集束してなる集束体１５が押圧装置２６で押圧される。その結果、繊維集束体１５が図１や図２に示されるような扁平な所要厚みの繊維構造体１１、１１ａへ加工される。

加熱プレス装置２４によって扁平化加工された加工品２７は、次に、熱融着成分１３がまだ少なくとも軟化している状態で、櫛形つまり所定幅のスリットを備えた幅規定装置２８にガイドされながら通される。そして、それによって、所要の糸幅に賦形加工される。つまり、幅規定装置２８から繰り出された加工品２７は、所望の厚みおよび幅となるように扁平に成形加工されている。

幅規定装置２８は、他の構成とすることもできる。たとえば、ローラの外周に矩形断面の所定幅の溝を形成し、この溝に加工品２７をはめ込ませて掛け渡した状態でこの溝を通させるようにしたものでも、同様の作用を期待することができる。

その後、加工品２７は、出口ガイドローラ２９に案内された後に糸幅測定装置３０を通過して、巻糸品３１とされる。糸幅測定装置３０は、同装置３０を通過する加工品２７の糸幅を光学式などの非接触測定方式で連続的に測定しモニタする。

図４に示す装置によれば、原糸の太さと、加熱プレス装置による加工条件とを適宜に設定することで、所望の厚さおよび幅の加工品を得ることができる。その場合は、幅規定装置２８は不要である。しかし、図示のように幅規定幅規定２８を設置すれば、加工品２７の幅寸法を精度良く規定することができる。

詳細には、原糸２２として、繊維形成成分１２のポリマーがポリエチレンテレフタレート（融点２６０℃）、熱融着成分１３のポリマーが共重合ポリエステル（融点１６０℃）、１１００デシテックス／９６フィラメント、繊維形成成分１２の繊度が８．３６ｄｔｅｘ、繊維形成成分１２と熱融着成分１３との質量比が繊維形成成分／熱融着成分＝２．７／１繊維の集束体１５を用いた。そして、加熱プレス装置２４の加熱装置２５の設定温度を２２０℃、設定押圧力を５９．５２ｇ／ｃｍ^２として、目標幅２ｍｍ、目標厚み１００μｍの繊維構造体を得た。得られた繊維構造体の厚み（ｎ＝３０の平均値）は９１．６μｍであり、単位長さ当たりの質量は０．１１３１ｇ／ｍであった。

そのときに、測定装置３０にて糸幅を測定したところ、幅規定装置２８を用いない場合は、幅寸法の平均値が２．４０８ｍｍ、幅寸法の最大値が２．８９ｍｍ、幅寸法の最小値が１．２４ｍｍ、標準偏差（３σ）が０．７５ｍｍであった。これに対し、幅規定装置２８を用いた場合は、幅寸法の平均値が２．０７４ｍｍ、幅寸法の最大値が２．４９ｍｍ、幅寸法の最小値が１．３９ｍｍ、標準偏差（３σ）が０．４８ｍｍであった。すなわち、幅規定装置２８を用いた場合の方が、より目標幅に近く、しかも測定値の変動の少ないものであった。なお、幅寸法の平均値は、０．１秒毎に１０分間連続して取得した全６０００データから算出した。

１１ 繊維状構造体
１１ａ 繊維状構造体
１２ 繊維形成成分
１３ 熱融着成分

Claims (4)

1. 複数の繊維形成成分が、繊維の長さ方向に揃えられたうえで繊維の径方向に一列に並べられた状態で、前記繊維形成成分よりも低融点の熱融着成分によって互いに接着一体化されることで、繊維構造体を構成しており、
   前記繊維形成成分及び熱融着成分が、いずれもポリアミド系ポリマーまたはいずれもポリエステル系ポリマーにて構成されており、
   前記一列に並べられた繊維形成成分は、前記繊維構造体の厚み方向の位置を違えずに配置されるか、または前記繊維形成成分の径寸法の範囲内において前記繊維構造体の厚み方向の位置を違えて配置されており、
   前記繊維構造体は、幅が０．１～１０ｍｍであり、厚みが１０～３００μｍであり、かつ扁平度（厚み／幅の比）が１／２０～１／３００であることを特徴とする扁平な繊維構造体。
2. 各繊維形成成分の繊度が１～２０ｄｔｅｘであることを特徴とする請求項１記載の扁平な繊維構造体。
3. いずれもポリアミド系ポリマーまたはいずれもポリエステル系ポリマーにて構成された、低融点熱可塑性ポリマーと、この低融点熱可塑性ポリマーよりも高融点の高融点熱可塑性ポリマーとを用い、
   前記低融点熱可塑性ポリマーと高融点熱可塑性ポリマーとが複合化された複合型熱融着性繊維の複数が無撚りの状態で集束された集束体を用い、
   この集束体に熱及び押圧力を付与することにより、前記低融点熱可塑性ポリマーを軟化または溶融させて熱融着成分とするとともに、前記高融点熱可塑性ポリマーにて構成される複数の繊維状の繊維形成成分として、この複数の繊維形成成分が繊維の長さ方向に揃えられたうえで繊維の径方向に一列に並べられた状態としたうえで、
   複数の繊維形成成分を熱融着成分によって接着一体化させて、前記一列に並べられた繊維形成成分を、前記一列に並べられた繊維形成成分の前記一列の列の厚み方向の位置を違えずに配置させるか、または前記一列に並べられた繊維形成成分の径寸法の範囲内において前記一列の列の厚み方向の位置を違えて配置させて、幅が０．１～１０ｍｍであり、厚みが１０～３００μｍであり、かつ扁平度（厚み／幅の比）が１／２０～１／３００である扁平構造体に加工することを特徴とする扁平な繊維構造体の製造方法。
4. 押圧力を付与した後の、熱融着成分がまだ軟化または溶融しているときに、所定幅のガイドに通すことによって、扁平構造体の幅寸法の一定化を図ることを特徴とする請求項３記載の扁平な繊維構造体の製造方法。

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