KR20220093244A

KR20220093244A - 해도 복합 섬유

Info

Publication number: KR20220093244A
Application number: KR1020227020180A
Authority: KR
Inventors: 가오리 이마가와; 사토시 고이즈미
Original assignee: 주식회사 쿠라레
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-07-05
Also published as: JPWO2021125241A1; CN114846181A; WO2021125241A1; CA3164661A1; JP7407840B2; US20220307161A1; EP4079948A1

Abstract

방사성이 우수하고, 또한 열소성 변형성이 우수한 해도 복합 섬유를 제공한다. 상기 해도 복합 섬유는, 도 성분과, 도 성분보다 저융점의 해 성분을 포함하고, 섬유 단면의 애스펙트비가 2.0 ∼ 5.0 이고, 섬유 단면의 단경 상에 있어서의 외주로부터 당해 외주에 가장 근접해 있는 도 성분까지의 거리인 해 성분 두께가 0.2 ∼ 2.0 ㎛ 이다.

Description

해도 복합 섬유

본원은, 일본에서 2019년 12월 17일에 출원한 일본 특허출원 2019-226988의 우선권을 주장하는 것이고, 그 전체를 참조에 의해 본 출원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.

본 발명은, 매트릭스 재료 (예를 들어, 열가소성 수지 성형체) 내에 함유시키는 데에 바람직한 편평형의 해도 (海島) 복합 섬유 및 그 사용, 그리고 상기 해도 복합 섬유를 함유하는 열가소성 수지 성형체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들어 열가소성 수지 등을 매트릭스 재료로서 갖는 섬유 함유 수지 성형체는, 수지가 갖는 특성에 더하여, 함유된 섬유로부터 발현되는 고강도, 단열성, 경량성, 내후성, 전기 절연성 등의 효과를 갖고 있고, 건재나 자동차 부재, 의료 기기, 충격 흡수재 등 여러 가지 분야에서 사용되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 (일본 공개특허공보 2014-185265호) 에는, 수지 내에 흡수 매체를 분산시켜 물을 발포시키는 기술에 의해 기포를 발생시키는 방법이 개시되어 있고, 흡수성의 도 (島) 성분을 갖는 해도 복합 섬유 중에 수분을 함유시킨 상태에서 열가소성 수지에 혼합하여 가열함으로써, 수분의 증발에 의한 기포를 발생시키면서 성형할 수 있고, 미세한 기포를 함유하는 성형체가 얻어지는 것이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2014-185265호

특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 도 성분을 갖는 복합 섬유가 균일하게 열가소성 수지 내에 분산되어 있고, 또한, 도 성분보다 해 (海) 성분의 쪽이 저융점이기 때문에 가열에 의해 먼저 용융되어 도 성분을 분산시키기 때문에, 미세한 기포가 균일하게 분산된 열가소성 수지 성형체를 얻을 수 있다.

그러나, 이와 같은 해도 복합 섬유의 분산 방법에 있어서는, 해도 복합 섬유에 열가소성 수지를 개재하여 열이 가해지기 때문에, 열가소성 수지에 접촉하는 해도 복합 섬유에 충분히 열을 가할 수 없어, 해도 복합 섬유에 대한 열전파에 불균일이 발생하여, 해도 복합 섬유의 열소성 변형성이 불충분해져 버린다. 해도 복합 섬유의 열소성 변형성이 불충분한 경우, 해 성분의 열소성 변형이 불충분해져, 복합 섬유의 내부에 존재하는 도 성분이 해 성분에 의해 구속되어 버린다. 해 성분에 구속된 도 성분은, 도 성분을 구성하는 각 도부 (島部) 가 독립적으로 이동할 수 없고, 그 결과 열가소성 수지 중에서 분산 불균일을 발생시켜 버려, 열가소성 수지 성형체로 했을 때에 강도 향상 등의 섬유에 의한 특성이 발현되지 않는 경우가 있었다.

그래서, 본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 매트릭스 재료 내에 분산되는 해도 복합 섬유의 단면을 소정의 애스펙트비를 갖는 단면으로 함으로써, 매트릭스 재료 내에 분산시키는 해도 복합 섬유의 열전파성을 향상시킬 수 있고, 그 결과, 매트릭스 재료를 가열하여, 해도 복합 섬유를 분산시킬 때에, 해 성분의 열소성 변형성이 향상되어 도 성분을 구속하지 않고, 매트릭스 재료 중에 도 성분의 각 도부를 독립적으로 분산시킬 수 있는 해도 복합 섬유가 얻어지는 것을 알아내어, 본 발명에 도달하였다.

즉, 본 발명은, 이하의 바람직한 양태를 포함한다.

[1] 도 성분과, 도 성분보다 저융점의 해 성분을 포함하고, 섬유 단면의 애스펙트비가 2.0 ∼ 5.0 (바람직하게는 2.6 ∼ 3.4) 이고, 섬유 단면의 단경 상에 있어서의 외주로부터 당해 외주에 가장 근접해 있는 도 성분까지의 거리인 해 성분 두께가 0.2 ∼ 2.0 ㎛ (바람직하게는 0.5 ∼ 1.0 ㎛) 인, 해도 복합 섬유 (바람직하게는 편평형 해도 복합 단섬유).

[2] 상기 도 성분이, 에틸렌-비닐알코올계 공중합체 (바람직하게는 에틸렌 함유량이 25 ∼ 70 몰％ 인 에틸렌-비닐알코올계 공중합체) 를 포함하여 이루어지는, 상기 [1] 에 기재된 해도 복합 섬유.

[3] 상기 해 성분이, 폴리올레핀계 수지를 포함하여 이루어지는, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 해도 복합 섬유.

[4] 단사 섬도가 50 dtex 이하 (바람직하게는 20 dtex 이하, 더욱 바람직하게는, 15 dtex 이하) 인, 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 해도 복합 섬유.

[5] 도 성분의 애스펙트비가 5.0 이하 (바람직하게는 4.0 이하, 보다 바람직하게는 3.5 이하) 인, 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 해도 복합 섬유.

[6] 도 성분의 애스펙트비의 CV 값이 45 ％ 이하 (바람직하게는 35 ％ 이하, 보다 바람직하게는 25 ％ 이하) 인, 상기 [5] 에 기재된 해도 복합 섬유.

[7] 섬유 길이가, 0.5 ∼ 30 ㎜ (바람직하게는 1.0 ∼ 20 ㎜, 보다 바람직하게는 1.5 ∼ 10 ㎜, 더욱 바람직하게는 2.7 ∼ 3.3 ㎜) 인, 상기 [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 해도 복합 섬유.

[8] 유제 (油劑) 가 부착되어 있고, 섬유 중량에 대한 상기 유제의 부착량이, 0.1 ∼ 30 중량％ (보다 바람직하게는 0.1 ∼ 10 중량％, 더욱 바람직하게는 1.0 ∼ 5.0 중량％) 인, 상기 [1] ∼ [7] 중 어느 하나에 기재된 해도 복합 섬유.

[9] 섬유의 일단에 0.14 mg/dtex 의 추를 부착한 상태에서, 160 ℃ 에서 가열했을 때에, 섬유의 길이 방향의 섬유 길이가 10 ％ 수축하는 데에 필요로 한 시간이 500 초 이하인, 상기 [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 해도 복합 섬유.

[10] 매트릭스 재료와 해도 복합 섬유를 혼합하고, 상기 해도 복합 섬유의 해 성분의 융점 이상 또한 상기 도 성분의 융점 미만의 온도에서 가열하여 성형하기 위한, 상기 [1] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 해도 복합 섬유의 사용.

[11] 상기 [1] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 해도 복합 섬유를 적어도 일부에 포함하는 성형체.

[12] 매트릭스 재료와 상기 [1] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 해도 복합 섬유를 혼합하고, 상기 해도 복합 섬유의 해 성분의 융점 이상 또한 상기 도 성분의 융점 미만의 온도에서 가열하여 성형하는, 성형체의 제조 방법.

또한, 청구의 범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 적어도 2 개의 구성 요소의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위에 기재된 청구항의 2 개 이상의 어떠한 조합도 본 발명에 포함된다.

본 발명에 의하면, 방사성이 우수하고, 또한 열소성 변형성이 우수한 편평형 해도 복합 섬유를 제공할 수 있다. 또, 이 편평형 해도 복합 섬유를 성형체의 제조에 사용함으로써, 매트릭스 재료와 혼합했을 때에, 해 성분에 구속되지 않고 도 성분을 독립적으로 분산시키는 것이 가능하고, 도 성분의 분산 불균일을 억제한 성형체를 제공할 수 있다.

이 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터, 보다 명료하게 이해된다. 그러나, 실시형태 및 도면은 간단한 도시 및 설명을 위한 것으로, 이 발명의 범위를 정하기 위해 이용되어야 하는 것은 아니다. 이 발명의 범위는 첨부의 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에 있어서의 동일한 부품 번호는, 동일 부분을 나타낸다. 도면은 반드시 일정한 축척으로 나타나 있지 않고, 본 발명의 원리를 나타내는 데에 있어서 과장된 것으로 되어 있다.
도 1 은, 본 발명에 사용되는 편평형 해도 복합 섬유에 있어서의, 섬유의 길이 방향 (섬유 축 방향) 에 대해 수직으로 절단한 개략 단면도의 예이다.
도 2 는, 해 성분 두께를 설명하기 위한 본 발명에 사용되는 편평형 해도 복합 섬유에 있어서의, 섬유의 길이 방향에 대해 수직으로 절단한 개략 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.

(편평형 해도 복합 섬유)

본 발명의 편평형 해도 복합 섬유는, 도 성분과, 도 성분보다 저융점의 해 성분을 포함하고, 편평형 해도 복합 단섬유는, 편평형 해도 복합 섬유를 임의의 섬유 길이로 컷함으로써 얻어진다.

(도 성분)

상기 편평형 해도 복합 섬유를 구성하는 도 성분에 사용되는 폴리머는, 열가소성 폴리머이면 특별히 한정되지 않고, 각종 섬유 형성성의 열가소성 폴리머를 사용할 수 있고, 예를 들어, 폴리아미드계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 열가소성 비닐알코올계 수지 등을 예시할 수 있다. 이것들 중, 친수성이 우수한 관점에서, 열가소성 비닐알코올계 수지, 특히 에틸렌-비닐알코올계 공중합체가 바람직하다. 예를 들어, 건조물 내외벽 등의 용도에 있어서 성형체에 친수성이 요구되는 경우에는, 에틸렌-비닐알코올계 공중합체가 바람직하게 사용된다.

그 중에서도, 에틸렌 함유량이 25 ∼ 70 몰％ (바람직하게는 30 ∼ 60 몰％, 보다 바람직하게는 35 ∼ 55 몰％) 인 에틸렌-비닐알코올계 공중합체 (융점 : 120 ∼ 190 ℃) 가 보다 바람직하다. 에틸렌 함유량이 상기 하한값 미만에서는 방사시에 공중합체가 겔화되기 쉬워, 방사성이 악화되는 경우가 있다. 한편, 상기 상한값을 초과하면 친수성이 발현되기 어려워지는 경우가 있다.

또, 에틸렌-비닐알코올계 공중합체는, 비누화도가 예를 들어 88 ％ 이상이어도 되고, 바람직하게는 95 ％ 이상, 보다 바람직하게는 98 ％ 이상이어도 된다. 비누화도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 99.8 ％ 여도 된다.

(해 성분)

상기 편평형 해도 복합 섬유를 구성하는 해 성분에 사용되는 폴리머는, 도 성분의 폴리머보다 저융점인 것이 중요하다. 편평형 해도 복합 섬유를 매트릭스 재료 내에 분산시켜 성형체를 얻을 때에, 도 성분보다 해 성분이 먼저 용융되는 것과, 후술하는 섬유 단면의 애스펙트비가 2.0 ∼ 5.0 인 것에 의해, 매트릭스 중에 있어서 해도 복합 섬유의 해 성분에 충분히 열전파할 수 있다. 그 결과, 해 성분의 용융성이 높아져, 해도 복합 섬유의 도 성분에 대한 구속력을 저감시키고 편평형 해도 복합 섬유-매트릭스 재료 혼합 유체 중에 있어서 도 성분을 균일하게 분산시킬 수 있다. 이와 같은 해 성분으로는, 도 성분보다 저융점이고, 방사에 의한 해도 구조를 형성 가능하면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 폴리올레핀계 수지, 아크릴계 수지, 폴리아미드계 수지를 들 수 있다.

이들 중, 섬유의 분산성의 관점에서, 폴리올레핀계 수지인 것이 바람직하다. 폴리올레핀계 수지로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 (저밀도 (LDPE), 직사슬 저밀도 (L-LDPE), 중밀도 (MDPE) 또는 고밀도 (HDPE), 융점 : 95 ∼ 150 ℃), 저융점 폴리프로필렌 (융점 : 115 ∼ 155 ℃), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 (융점 : 95 ∼ 165 ℃) 등을 들 수 있다.

열소성 변형성을 향상시키는 관점에서, 해 성분이 갖는, ASTM C177 에 기초하는 열전도도 (10^-4 cal/sec·㎝/℃·㎝) 는, 예를 들어, 3 이상이어도 되고, 바람직하게는 5 이상, 보다 바람직하게는 7 이상이어도 된다. 열전도도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 20 이하여도 된다.

또, 해 성분을 구성하는 수지의 융점 (Ms) 은, 도 성분을 구성하는 수지의 융점 (Mi) 미만이면 되는데, 양자의 차 (Mi － Ms) 는, 바람직하게는 20 ∼ 80 ℃, 보다 바람직하게는 30 ∼ 60 ℃ 여도 된다. 소정의 범위의 차를 가짐으로써, 해 성분의 열소성 변형성을 이용하면서, 도 성분의 분산성을 향상시킬 수 있다.

상기 편평형 해도 복합 섬유에 있어서, 상기 도 성분과 상기 해 성분의 복합 비율 (중량비) 은, (도 성분)/(해 성분) ＝ 10/90 ∼ 90/10 의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 도 성분의 비율이 상기 하한값 미만, 또는 상기 상한값을 초과하면, 복합 비율의 밸런스가 양호하지 않기 때문에, 방사 노즐로부터 방출된 사조 사조( 絲條) 가 굴곡되기 쉽고, 방사성이 불충분해지는 경우가 있다. 도 성분과 해 성분의 복합 비율은, 보다 바람직하게는 30/70 ∼ 90/10 의 범위 내이고, 더욱 바람직하게는 50/50 ∼ 80/20 의 범위 내이다.

상기 편평형 해도 복합 섬유는, 성형체에 있어서의 매트릭스 재료에 대한 분산성을 향상시키는 것을 목적으로 방사시에 섬유 표면에 유제를 부여시켜도 된다. 상기 유제의 종류는, 편평형 해도 복합 섬유와 혼합하는 매트릭스 재료의 종류에 따라 적합한 것을 선택 가능하지만, 동물유, 식물유, 합성 윤활유, 광유, 비이온성 계면 활성제, 아니온성 계면 활성제, 카티온성 계면 활성제, 양쪽성 계면 활성제 등을 들 수 있다. 섬유 중량에 대한 유제 부착량은 0.1 ∼ 30 중량％ 의 범위 내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 10 중량％ 의 범위 내이고, 더욱 바람직하게는 1.0 ∼ 5.0 중량％ 이다.

본 발명에 사용되는 편평형 해도 복합 섬유에는, 본 발명의 효과를 저해시키지 않는 범위 내에 있어서, 필요에 따라, 산화티탄, 실리카, 산화바륨 등의 무기물, 카본 블랙, 염료나 안료 등의 착색제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 광 안정제 등의 첨가제를 함유시켜도 된다.

본 발명의 편평형 해도 복합 섬유는, 열소성 변형성이 높은 것이 중요하고, 예를 들어, 섬유의 일단에 일정한 하중 (예를 들어, 0.14 mg/dtex) 을 가한 상태에서, 160 ℃ 에서 가열했을 때에, 섬유의 길이 방향의 섬유 길이가 10 ％ 수축하는 데에 필요로 하는 시간이 500 초 이하인 것이 바람직하다. 10 ％ 수축하는 데에 필요로 하는 시간이 상기 범위 내이면, 편평형 해도 복합 섬유를 포함하는 성형체를 제조할 때에, 해 성분이 신속하게 융해되어, 편평형 해도 복합 섬유-매트릭스 재료 중에 있어서 도 성분을 독립적으로 분산시킬 수 있다. 상기한 시간은 400 초 이하인 것이 보다 바람직하고, 300 초 이하인 것이 더욱 바람직하고, 200 초 이하인 것이 보다 더 바람직하다.

(편평형 해도 복합 섬유의 제조)

상기한 편평형 해도 복합 섬유의 제조는, 공지된 방사·연신 장치를 사용하여, 공지된 방법에 의해 실시할 수 있다. 예를 들어, 도 성분의 폴리머 및 해 성분의 폴리머의 펠릿을 별개의 용융 압출기에 공급하여 용융하고, 원하는 섬유 단면을 갖도록 설계된 복합 구금 내에서 합류시키고, 상기한 (도 성분)/(해 성분) 의 비율로, 노즐로부터 토출시켜, 통상적으로, 500 ∼ 4000 m/분으로 인취함으로써, 사조를 얻을 수 있다. 도 성분의 수 (도수) 는, 구금을 선택함으로써 변경 가능하고, 도 성분의 분산성의 관점에서, 도수 1 ∼ 1000 개, 바람직하게는 2 ∼ 600 개, 보다 바람직하게는, 4 ∼ 200 개의 복합 섬유여도 된다. 인취 후의 섬유는, 필요에 따라 더욱 연신 (건열 연신, 습열 연신) 을 실시해도 된다.

(편평형 해도 복합 섬유의 단면 형상)

도 1 은, 본 발명에 사용되는 편평형 해도 복합 섬유의 섬유 축에 수직 방향의 단면 형상의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 이 예에서는, 편평형 해도 복합 섬유의 해 성분 (B) 에, 동일하게 편평형의 16 개의 도 성분 (A) 이 섬유 전체에 균일하게 배치되어 있다. 편평형 해도 복합 섬유를 구성하는 단사는, 섬유의 길이 방향에 대해 수직으로 절단한 단면이 편평 단면 형상, 달리 말하면 진원형과 비교하여, 일방향으로 찌그러진 대략 타원 형상을 갖고 있고, 장경과 단경의 비인 애스펙트비 (장경/단경) 가 2.0 ∼ 5.0 인 것이 중요하며, 보다 바람직하게는 2.5 ∼ 4.0 이고, 더욱 바람직하게는 2.6 ∼ 3.4 이다. 본 발명에 있어서의 장경 및 단경이란, 도 1 에 나타내는 바와 같이 편평 단면 형상의 장경, 단경에 상당하는 것으로, 단사의 편평 단면 형상에 있어서 무게 중심을 지나는 무게 중심선을 긋고, 그 가장 긴 선분을 가지고 장경으로 정의한다. 또, 그 장경에 대해 수직 방향에 있어서의 가장 긴 선분을 단경으로 한다.

편평형 해도 복합 섬유는 매트릭스 재료와 혼합하고, 용융 성형하는 과정에서 애스펙트비 1 의 동단사 섬도의 섬유보다 효율적으로 열이 가해짐으로써 (열전파함으로써), 편평형 해도 복합 섬유 (의 해 성분) 에 충분히 열전파할 수 있고, 그 결과, 도 성분을 편평형 해도 복합 섬유-매트릭스 재료 혼합 유체 중에 있어서 균일하게 분산시킬 수 있다. 달리 말하면, 편평형 해도 복합 섬유에 있어서는, 섬유를 진원상의 단면 (애스펙트비 1) 으로 했을 경우와 비교하여, 표면적이 커지기 때문에, 섬유의 외주면의 외측으로부터 가해진 열을 흡수하기 쉽고, 해도 복합 섬유-매트릭스 재료 혼합체 내에 있어서 해 성분이 용융되기 쉽기 때문이다. 그 결과, 편평형 해도 복합 섬유-매트릭스 재료 혼합 유체 중에 있어서, 해 성분에 의해 내부의 도 성분이 구속되는 것을 억제하고, 복합 섬유 중의 도 성분을 독립적으로 분산시켜 도 성분의 분산 불균일을 방지한다.

또한, 애스펙트비가 지나치게 작으면 매트릭스 재료와 혼합 가열할 때에 열전파가 느려지기 때문에 도 성분의 분산 불량으로 이어지고 (분산 불균일의 원인이 되고), 지나치게 크면 방사 노즐로부터 방출된 사조가 방사 노즐과 접촉하여 실 끊김을 일으키기 쉬워지기 때문에 방사가 곤란해진다.

또, 도 성분의 애스펙트비는, 예를 들어 5.0 이하여도 되고, 바람직하게는 4.0 이하, 보다 바람직하게는 3.5 이하여도 된다. 도 성분의 애스펙트비는, 복합 섬유의 애스펙트비의 측정 방법과 마찬가지로, 도 성분의 편평 단면 형상에 있어서 무게 중심을 지나는 무게 중심선을 긋고, 그 가장 긴 선분을 가지고 장경으로 정의한다. 또, 그 장경에 대해 수직 방향에 있어서의 가장 긴 선분을 단경으로 한다. 도 성분의 애스펙트비가 지나치게 크면, 도 성분의 표면적이 커져, 다른 도 성분과 접촉하기 쉽고, 얽히기 쉬워져, 도 성분의 분산 불량으로 이어지는 경우가 있다. 도 성분의 애스펙트비의 하한값에 대해서는 특별히 제한은 없고, 1 이상이어도 된다.

또한, 분산되는 도 성분의 형상을 균일하게 하는 관점에서, 도 성분의 애스펙트비의 CV 값은 45 ％ 이하인 것이 바람직하고, 35 ％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 25 ％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

상기한 편평형 해도 복합 섬유에 있어서, 도 2 에 나타내는 단면에 있어서의 섬유의 단경 상에 있어서의 외주에 가장 근접해 있는 도 성분까지의 최단 거리 (X) 를 해 성분 두께로 하고, 해 성분 두께는 0.2 ∼ 2.0 ㎛ 인 것이 중요하고, 0.5 ∼ 1.0 ㎛ 인 것이 바람직하다. 또한, 섬유의 단경은, 단면 형상에 있어서 무게 중심을 지나는 무게 중심선을 긋고, 그 가장 긴 선분을 가지고 장경으로 정의하고, 상기 장경에 대해 수직 방향에 있어서의 가장 긴 선분을 단경으로 정의된다. 해 성분 두께가 지나치게 작으면 본래 해 성분에 덮여 있는 도 성분이 방사 노즐과 접촉하기 쉬워지고 사조가 굴곡되어 방사성이 불충분해지고, 또, 해 성분 두께가 지나치게 크면 매트릭스 재료와 혼합 가열할 때에 열전파가 느려진다.

(단사 섬도)

본 발명에 사용되는 편평형 해도 복합 섬유의 단사 섬도는, 필요에 따라 적절히 설정 가능하지만, 통상적으로, 50 dtex 이하, 바람직하게는 20 dtex 이하, 더욱 바람직하게는, 15 dtex 이하이다. 섬도가 지나치게 크면 열가소성 수지와 혼합 가열할 때에 열전파가 느려진다. 단사 섬도의 하한값은 특별히 한정은 되지 않지만, 통상적으로, 0.01 dtex 이상이고, 바람직하게는 4 dtex 이상이다. 또한, 단사 섬도는, JIS L 1013 : 2010 8.3.1 A 법에 기초하여 측정된다.

(편평형 해도 복합 단섬유)

상기한 편평형 해도 복합 섬유는, 매트릭스 재료에 혼합 배합되어 사용됨으로써, 컷 파이버로서 단섬유 형상으로 가공을 실시하고, 본 발명의 편평형 해도 복합 단섬유를 얻어도 된다. 편평형 해도 복합 단섬유의 섬유 길이는 0.5 ∼ 30 ㎜ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0 ∼ 20 ㎜, 더욱 바람직하게는 1.5 ∼ 10 ㎜, 보다 더 바람직하게는 2.7 ∼ 3.3 ㎜ 이다. 섬유 길이가 지나치게 길면 매트릭스 재료 중에 대한 분산이 어려워지는 경우가 있다. 섬유 길이가 지나치게 짧으면 절단하는 것이 기술적으로 곤란해지고, 또, 비용도 들게 된다.

(매트릭스 재료)

본 발명에 있어서 사용되는 성형체를 형성하기 위해 사용되는 매트릭스 재료로는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리에틸렌 (저밀도 (LDPE), 중밀도 (MDPE), 고밀도 (HDPE), 직사슬형 저밀도 (L-LDPE)), 에틸렌-α-올레핀 공중합체, 폴리프로필렌, 프로필렌-에틸렌 랜덤 공중합체, 프로필렌-에틸렌 블록 공중합체, 프로필렌-에틸렌-1-부텐 랜덤 공중합체, 프로필렌-4-메틸-1-펜텐 랜덤 공중합체, 폴리부텐 등의 폴리올레핀계 수지 ; 에틸렌-비닐알코올계 공중합체 등의 열가소성 폴리비닐알코올계 수지 ; 폴리염화비닐, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체 등의 비닐계 수지, 메타크릴 수지, 에틸렌-아크릴산에스테르 공중합체 등의 아크릴계 수지 ; 폴리우레탄 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머 ; 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 고무,, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 아크릴 고무 등의 고무류를 들 수 있다. 이것들 중, 폴리올레핀계 수지를 해 성분으로 하는 경우, 분산성의 관점에서, 폴리우레탄 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 스티렌-부타디엔 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔 고무, 아크릴 고무 등의 고무류가 바람직하다.

(성형체의 제조)

편평형 해도 복합 섬유는, 상기한 매트릭스 재료를 입자상으로 하거나, 또는 매트릭스 재료를 연화시키면서 혼합되고, 통상적인 방법에 의해 압출 성형, 사출 성형 등의 성형법에 의해 원하는 성형체로 성형할 수 있다. 매트릭스 재료는, 해 성분의 융점 이상, 도 성분의 융점 미만의 온도에서 성형된다. 성형체는, 편평형 해도 복합 섬유를 적어도 일부에 포함하고 있다. 바꾸어 말하면, 성형체는, 매트릭스 재료와, 상기 편평형 해도 복합 섬유의 도 성분을, 적어도 일부에 포함하고 있다. 해 성분은 가열에 의해 용융되어, 매트릭스 재료와 일체화되어 있어도 된다.

(성형체에 대한 복합 섬유의 첨가량)

성형체에 대한 복합 섬유의 첨가량은, 0.1 ∼ 20 중량％ 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2 ∼ 10 중량％, 더욱 바람직하게는 0.5 ∼ 5 중량％ 이다. 첨가량이 지나치게 적으면, 편평형 해도 복합 섬유를 함유하는 것에 의한 고강도, 단열성, 경량성 등의 효과가 충분히 발현되지 않는 경우가 있고, 또, 첨가량이 지나치게 많으면, 성형체가 물러지거나, 성형성이 불량해지거나 하는 성형품으로서의 성능이 불충분해지는 경우가 있다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다. 복합 섬유의 제작 방법, 측정 방법, 각종 평가 방법은 이하와 같다.

＜실시예 1 ∼ 8＞

(1) 편평형 해도 복합 섬유의 제작

에틸렌-비닐알코올계 공중합체 (주식회사 쿠라레 제조, 에틸렌 함유량 44 몰％, 비누화도 99 ％, 융점 : 165 ℃) (EVOH) 와 폴리에틸렌 (융점 : 125 ℃ ; 열전도도 : 11 ∼ 12.4 (10^-4 cal/sec·㎝/℃·㎝)) (HDPE) 을 각각의 용융 압출기에 공급하여 용융하고, EVOH 가 도 성분, HDPE 가 해 성분이 되도록 편평형 해도 복합 방사 노즐 (방사 노즐의 단공 단면의 형상 : 편평 형상) 로부터 토출하여 방사하고 (방사 온도 260 ℃), 방사 노즐 설계를 변경함으로써 표 1 에 나타내는 바와 같은, 도수, 복합 비율, 단사 섬도, 단면에 있어서의 애스펙트비, 단면에 있어서의 도 성분의 애스펙트비와 그 CV 값, 및 해 성분 두께를 갖는 편평형 해도 복합 섬유를 각각 제작하였다.

(2) 융점의 측정

얻어진 섬유에 대해, 리가쿠 제조 차동형 시차열 열중량계「Thermo plus TG 8120」으로, 샘플량 3 ∼ 8 mg, 승온 속도 5 ℃/분, 측정 온도 범위 35 ∼ 200 ℃ 에서 측정하였다.

(3) 애스펙트비의 측정

얻어진 섬유에 대해, 광학 현미경을 사용하여, 로터리 커터로 절단한 섬유 단면을 확대하고, 광학 현미경의 측정 기능에 의해 장경과 단경의 길이를 측정, 단경에 대한 장경의 비 (장경/단경) 를 섬유 10 개의 평균값으로서 구하였다. 또, 도 성분의 애스펙트비에 대해서는, 상기한 섬유 단면을 랜덤으로 1 개 선택하고, 그 섬유 중에 존재하는 도 성분 전부에 대해 측정하여, 그 평균값으로서 구하였다. 또한, 도 성분의 수가 200 개 이하에 대해서는 도 성분 전부에 대해 측정하고, 도 성분의 수가 200 개를 초과하는 경우, 랜덤으로 선택한 도 성분 200 개에 대해, 측정해도 된다.

(4) 해 성분 두께의 측정

얻어진 섬유에 대해, 로터리 커터로 그대로의 상태로 절단하고, 절단면의 해도 복합 섬유의 외주로부터, 단경 상의 섬유단에 가장 근접해 있는 도 성분까지의 거리를 전자 현미경 (JEOL 사 제조「JCM-6000Plus」) 으로 관찰하였다. 절단 지점 5 개 지점에 대해 계측하고, 그 평균값을 구하였다.

(5) 방사성 평가

이하의 기준에 따라 방사성 평가를 실시하여, 결과를 표 1 에 나타냈다.

◎ : 1 시간 이상의 연속 방사를 실시하여, 방사시의 단사 횟수가 1 회 미만/1 시간

○ : 1 시간 이상의 연속 방사를 실시하여, 방사시의 단사 횟수가 1 회 이상 ∼ 3 회 미만/1 시간

× : 1 시간 이상의 연속 방사를 실시하여, 방사시의 단사 횟수가 3 회 이상/1 시간

(6) 열소성 변형 평가

얻어진 섬유로부터, 길이 10 ㎝ 의 필라멘트 500 개를 묶은 시료를 채취하고, 그 시료의 일단을 지그로 파지하고, 시료의 다른 일방의 단부에 추 (0.14 mg/dtex) 를 부착하여 매달아, 눈금이 붙은 대지에 고정하였다. 이 상태에서 시료를 160 ℃ 로 설정한 건조기에 투입하고, 건조기 전면부에서 해도 복합 섬유의 길이 방향의 수축을 관찰하였다. 섬유 길이가 1 ㎝ (10 ％) 수축하는 데에 필요로 한 시간을 측정하여, 결과를 표 1 에 나타냈다.

(7) 성형체의 탄성률 편차 평가

얻어진 섬유를 섬유 길이 3 ㎜ 로 컷한 것과, 복합 섬유의 해 성분과 동일한 HDPE 수지를 98 : 2 의 질량비로 교반하여 블렌드한 것을 160 ℃ 에서 가열하여 성형하고, 50 ㎜ × 50 ㎜ × 3 ㎜ 의 수지 성형체의 시험편 5 개를 제작하였다. 이 수지 성형체의 탄성률을 시마즈 제작소 제조「정밀 만능 시험기 AG-5000B」로 측정하고, 시험편 5 개에서 측정한 탄성률의 편차를 CV 값으로 구하여, 이하의 기준에 따라 탄성률 편차의 평가를 실시하였다.

◎ : 탄성률의 CV 값이 10 ％ 미만

○ : 탄성률의 CV 값이 10 ％ 이상 15 ％ 미만

× : 탄성률의 CV 값이 15 ％ 이상

＜비교예 1＞

도 성분, 해 성분으로서 실시예 1 과 동일한 에틸렌-비닐알코올계 공중합체, 폴리에틸렌을 사용하여 해도 복합 방사 노즐 (방사 노즐의 단공 단면의 형상 : 원형상) 로부터 토출하여, 표 1 에 나타내는 해도형 복합 섬유를 얻었다.

＜비교예 2＞

도 성분, 해 성분으로서 실시예 1 과 동일한 에틸렌-비닐알코올계 공중합체, 폴리에틸렌을 사용하여, 표 1 에 나타내는 단면 애스펙트비 1.5, 해 성분 두께 0.8 ㎛ 가 되도록 노즐을 설계, 방사하여 해도형 복합 섬유를 얻었다.

＜비교예 3＞

도 성분, 해 성분으로서 실시예 1 과 동일한 에틸렌-비닐알코올계 공중합체, 폴리에틸렌을 사용하여, 표 1 에 나타내는 단면 애스펙트비 6.0, 해 성분 두께 0.5 ㎛ 가 되도록 노즐을 설계, 방사했지만, 해도형 복합 섬유를 얻을 수는 없었다.

＜비교예 4＞

도 성분, 해 성분으로서 실시예 1 과 동일한 에틸렌-비닐알코올계 공중합체, 폴리에틸렌을 사용하여, 표 1 에 나타내는 단면 애스펙트비 3.0, 해 성분 두께 0.1 ㎛ 가 되도록 노즐을 설계, 방사했지만, 해도형 복합 섬유를 얻을 수는 없었다.

＜비교예 5＞

도 성분, 해 성분으로서 실시예 1 과 동일한 에틸렌-비닐알코올계 공중합체, 폴리에틸렌을 사용하여, 표 1 에 나타내는 단면 애스펙트비 3.0, 해 성분 두께 3.0 ㎛ 가 되도록 노즐을 설계, 방사하여 해도형 복합 섬유를 얻었다.

실시예 1 ∼ 8 에 있어서는, 도 성분과 도 성분보다 저융점의 해 성분을 포함하고, 섬유 단면의 애스펙트비 (장경/단경) 가 2.0 ∼ 5.0 이며, 섬유 단면에 있어서의 해 성분 두께가 0.2 ∼ 2.0 ㎛ 인 편평형 해도 복합 섬유이기 때문에, 방사성, 열소성 변형성이 우수하여, 실시예 1 ∼ 8 의 해도 복합 섬유를 사용하여 성형체를 제조하면, 해 성분이 신속하게 융해되고, 그 결과, 편평형 해도 복합 섬유-매트릭스 재료 중에 있어서 도 성분을 독립적으로 분산시키는 것이 용이하다고 추정된다. 실제로, 도 성분의 분산성에서 기인하여, 실시예 1 ∼ 8 에서는, 비교예 1 ∼ 2, 5 와 비교하여 탄성률에 대해 편차가 작은 성형체가 얻어졌다.

비교예 1 은, 섬유 단면의 애스펙트비가 1.0 (원형 단면) 이기 때문에, 종래와 같이 섬유 전체에 열전파되기 어려워, 열소성 변형성이 뒤떨어지고, 성형체의 탄성률 편차도 큰 결과였다. 비교예 2 는, 비교예 1 과 동일하게 섬유 단면의 애스펙트비가 1.5 로, 편평 정도가 불충분하기 때문에, 섬유 전체에 열전파되기 어려워, 열소성 변형성, 성형체의 탄성률 편차가 뒤떨어지는 결과였다. 특히, 비교예 1 및 2 는, 실시예 7 및 8 보다, 섬도가 작음에도 불구하고, 열소성 변형성이 실시예 7 및 8 보다 뒤떨어져 있었다.

한편, 비교예 3 에서는 섬유 단면의 애스펙트비가 6.0 으로, 편평 정도가 매우 컸던 바, 실 끊김이 빈번히 발생하여 섬유를 채취할 수 없었다. 이 실 끊김의 요인은, 방사 노즐로부터 방출된 사조의 도 성분이 방사 노즐과 접촉하는 것에 있다고 생각된다. 비교예 4 에서는 해 성분 두께가 0.1 ㎛ 로 실시예 5 와 비교하여 더욱 얇기 때문에, 방사성이 저하되어, 연속된 권취는 곤란하였다. 비교예 5 에서는 해 성분 두께가 3.0 ㎛ 로 실시예 6 과 비교하여 더욱 두껍기 때문에, 방사성은 양호하지만 열소성 변형성이 뒤떨어지고, 성형체의 탄성률 편차도 큰 결과가 되었다.

비교예 1 ∼ 2, 5 에서는, 열소성 변형성이 뒤떨어지고, 성형체의 탄성률 편차도 크다는 결과가 얻어진 것으로부터, 비교예 1 ∼ 2, 5 의 해도 복합 섬유를 사용하여 성형체를 제조하면, 해도 복합 섬유의 내부 존재하는 도 성분이 해 성분에 의해 구속되고, 그 결과 성형체 중에 분산 불균일을 발생시킨다고 추정된다.

본 발명의 해도 복합 섬유는, 매트릭스 재료와 혼합하여, 용융 성형하는 과정에서의 열소성 변형이 우수하므로, 얻어진 성형체는 도 성분이 불균일 없이 분산되고, 복합한 섬유에 의한 특성 (친수성, 고강도, 단열성, 경량성, 내후성, 전기 절연성 등) 이 충분히 발현되는 것을 기대할 수 있다. 이 수지 성형체는 상기한 특성이 요구되는 건재나 자동차 부재, 의료 기기, 충격 흡수재 등의 용도에 바람직하게 사용할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시양태를 예시적으로 설명했지만, 당업자라면, 특허 청구의 범위에 개시한 본 발명의 범위 및 정신으로부터 일탈하지 않고 다양한 수정, 부가 및 치환을 할 수 있는 것이 이해 가능할 것이다.

A : 도 성분
B : 해 성분
X : 해 성분 두께

Claims

도 성분과, 도 성분보다 저융점의 해 성분을 포함하고, 섬유 단면의 애스펙트비가 2.0 ∼ 5.0 이고, 섬유 단면의 단경 상에 있어서의 외주로부터 당해 외주에 가장 근접해 있는 도 성분까지의 거리인 해 성분 두께가 0.2 ∼ 2.0 ㎛ 인 해도 복합 섬유.
제 1 항에 있어서,
도 성분이, 에틸렌-비닐알코올계 공중합체를 포함하여 이루어지는, 해도 복합 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
해 성분이, 폴리올레핀계 수지를 포함하여 이루어지는, 해도 복합 섬유.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
단사 섬도가 50 dtex 이하인, 해도 복합 섬유.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
도 성분의 애스펙트비가 5.0 이하인, 해도 복합 섬유.
제 5 항에 있어서,
도 성분의 애스펙트비의 CV 값이 45 ％ 이하인, 해도 복합 섬유.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
섬유 길이가, 0.5 ∼ 30 ㎜ 인, 해도 복합 섬유.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
유제가 부착되어 있고, 상기 유제의 부착률이, 0.1 ∼ 30 중량％ 인, 해도 복합 섬유.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
섬유의 일단에 0.14 mg/dtex 의 추를 부착한 상태에서, 160 ℃ 에서 가열했을 때에, 섬유의 길이 방향의 섬유 길이가 10 ％ 수축하는 데에 필요로 한 시간이 500 초 이하인, 해도 복합 섬유.
매트릭스 재료와 해도 복합 섬유를 혼합하고, 상기 해도 복합 섬유의 해 성분의 융점 이상 또한 상기 도 성분의 융점 미만의 온도에서 가열하여 성형하기 위한, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 해도 복합 섬유의 사용.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 해도 복합 섬유를 적어도 일부에 포함하는 성형체.
매트릭스 재료와, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 해도 복합 섬유를 혼합하고, 상기 해도 복합 섬유의 해 성분의 융점 이상 또한 상기 도 성분의 융점 미만의 온도에서 가열하여 성형하는, 성형체의 제조 방법.