JP2011214177A - 「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法 - Google Patents
「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維12により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する第1工程と、「高分子ナノ繊維からなる糸」を延伸しながら「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して「高分子ナノ繊維からなる糸24」を構成するナノ繊維12同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うことにより「高分子ナノ繊維からなる糸24」を高強度化する第2工程とをこの順序で含む「高分子ナノ繊維からなる糸24」の製造方法。
【選択図】図4
Description
図1〜図4は、実施形態1に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における各工程を説明するために示す図である。このうち、図1〜図3は実施形態1に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法における第1工程を説明するために示す図であり、図4は第2工程を説明するために示す図である。
図1(a)は電界紡糸装置100を用いて高分子ナノ繊維12からなるシート状不織布14を製造する様子を示す図であり、図1(b)はシート状不織布14を切断して帯状不織布16を製造する様子を示す図であり、図1(c)は図1(b)における符号R1で示す領域を拡大して示す図である。
図3は金属が蒸着された帯状不織布18を撚り糸装置300を通過させて「高分子ナノ繊維からなる糸20」を製造する様子を示す図である。
図4(a)は「高分子ナノ繊維からなる糸20」にレーザー光を照射することにより部分結合処理を行う様子を示す図であり、図4(b)は、図4(a)を上部より見た図である。
第1工程は、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸20」を製造する工程である。第1工程は、帯状不織布16を製造する帯状不織布製造工程と、帯状不織布に金属を蒸着して金属が蒸着された帯状不織布18を製造する金属蒸着工程と、金属が蒸着された帯状不織布18を撚り糸装置300内に通過させて帯状不織布18から、表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸20」を製造する撚糸工程である。
帯状不織布製造工程は、コレクター108とノズル106との間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液からシート状不織布14を製造する工程と、シート状不織布14を切断して帯状不織布16を製造する工程とをこの順序で含む。
次に、金属蒸着工程は、図2(a)に示すように、帯状不織布16を真空蒸着装置200に通しながら、帯状不織布16を構成する高分子ナノ繊維の表面に金属を蒸着する。金属は、各高分子ナノ繊維の表面に例えば図2(b)及び図2(c)に示すように、平均粒径が数十nm程度の微粒子状に付着する。金属蒸着は例えば抵抗加熱又は電子ビーム加熱により行われる。真空度、温度、帯状不織布16の搬送速度などは、帯状不織布16に蒸着される金属の量(厚さ:例えば10nm〜100nm)が所定の厚さになるような条件とする。
撚糸工程は、金属が蒸着された帯状不織布18を撚り糸装置300内に通過させて帯状不織布18から「高分子ナノ繊維からなる糸18」を製造する工程である。すなわち、図3に示すように、第1工程で製造した帯状不織布18を主撚り糸装置202を用いて撚糸化することにより「高分子ナノ繊維からなる糸20」を製造することができ、糸送り装置304,306を用いて「高分子ナノ繊維からなる糸20」を図2(a)の左から右に撚りながら糸送りすることによりさらに強固に撚り糸された「高分子ナノ繊維からなる糸20」が連続的に製造できる。
図5は、変形例1における部分結合処理を説明するために示す図である。図5(a)はレーザー光照射装置400aを「高分子ナノ繊維からなる糸20」の延伸軸に対して垂直に移動させることを示す図であり、図5(b)は図5(a)を「高分子ナノ繊維からなる糸18」の延伸軸に沿って見た図である。
図6は、変形例2における部分結合処理を説明するために示す図である。図6(a)はレーザー光照射装置400bを「高分子ナノ繊維からなる糸20」の延伸軸に沿って走査しレーザー照射を行っていることを示す図であり、図6(b)はレーザー光照射装置400bを用いて複数の「高分子ナノ繊維からなる糸20」の延伸軸に対して平行な方向と垂直な方向に走査しレーザー照射を行っていることを示す図である。
図7は、変形例3における部分結合処理を説明するために示す図である。図7(a)〜図7(c)はパルス状レーザー照射を行い間欠的にレーザー光照射を行う様子を示す図であり、図7(d)はパルス状レーザー照射の実行と停止を時間軸でグラフ化した図であり、図7(e)は図7(d)で示したレーザー照射パターンで部分結合処理を行った後の「高分子ナノ繊維からなる糸24」を示す図である。
図8は、変形例4における部分結合処理を説明するために示す図である。図8(a)は2本のレーザーでレーザー照射を行っていることを示す図であり、図8(b)は図8(a)を延伸軸に沿って見た図であり、図8(c)は3つのレーザーを120°の角度で配置してレーザー照射を行うことを示す図であり、図8(d)は4つのレーザーを90°の角度で配置してレーザー照射を行うことを示す図である。
図8は、変形例5における部分結合処理を説明するために示す図である。
変形例5に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図8に示すように、部分結合処理を、ホットガン装置410を用いて「高分子ナノ繊維からなる糸20」に対して熱風を照射する熱風照射処理により行うこととしている。
図9は、変形例6における部分結合処理を説明するために示す図である。
変形例6に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図9に示すように、部分結合処理をリング状ヒーター420に「高分子ナノ繊維からなる糸」を通過させることにより行う。
図11は、変形例7における部分結合処理を説明するために示す図である。図11(a)は急速加熱処理装置430を用いて部分結合処理を行っている様子を示す図であり、図11(b)は急速加熱処理装置430の内部構造を示す図である。
図12は、変形例8における部分結合処理を説明するために示す図である。図12中、符号442は電磁波を示す。
変形例8に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法においては、図12に示すように、部分結合処理を、電磁波加熱処理により行うこととしている。
図13は、変形例9における部分結合処理を説明するために示す図である。
変形例9における部分結合処理においては、図13に示すように、部分結合処理を、「高分子ナノ繊維からなる糸20」に存在する金属に電流を流すことにより加熱する電流加熱処理により行うこととしている。
図14及び図15は、実施形態2に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を説明するために示す図である。図14(a)は電界紡糸法により製造されたシート状の不織布を示す図であり、図14(b)はシート状の不織布14に金属蒸着を施している様子を示す図である。図15は金属蒸着されたシート状の不織布17を切断している様子を示す図である。
上記実施形態1においては、電界紡糸法により一旦シート状の不織布14を製造し、当該シート状不織布14を切断することにより帯状不織布16を製造することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電界紡糸法により直接帯状不織布16を製造することとしてもよい。図16は、実施形態3における帯状不織布製造工程を説明するために示す図である。図16(a)及び図16(b)はドラム状コレクター500を用いて帯状不織布16を製造する様子をそれぞれ異なる角度から見たときの図であり、図16(c)はドラム状コレクター500で製造された帯状不織布16を示す図である。
図17は、実施形態4に係る「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法を説明するために示す図である。そして、図17は「高分子ナノ繊維からなる糸」に連続的に金属蒸着を施している様子を示す図である。
Claims (18)
- 表面の少なくとも一部が金属被覆された高分子ナノ繊維により構成された「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する第1工程と、
前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を撚りと延伸とを行いながら前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を加熱して前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を構成するナノ繊維同士を金属により部分的に結合する部分結合処理を行うことにより前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を高強度化する第2工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項1に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対してレーザー光を照射するレーザー照射処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項2に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記レーザー照射処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」の平均直径の2倍以下の直径を有するビームスポットに絞ったレーザー光を用いて行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項2又は3に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記レーザー照射処理を、レーザー光を所定の手順に従って走査しながら行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項2〜4のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記レーザー照射処理を、所定の周期又はデューティ比を持ったパルス状レーザー光を用いて間欠的に行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項2〜5のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記レーザー照射処理を、2つ以上のレーザー光を用いて行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項1に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して熱風を照射する熱風照射処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項1に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、リング状ヒーターに前記「高分子ナノ繊維からなる糸」を通過させることにより行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項1に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して光又は赤外線を集光して照射する急速加熱処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項1に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に対して電磁波を照射し加熱する電磁波加熱処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項1に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記部分結合処理を、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」に存在する金属に電流を流すことにより加熱する電流加熱処理により行うことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項1〜11のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記第1工程は、「金属被覆された帯状不織布」を製造する工程と、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて前記帯状不織布から「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する「高分子ナノ繊維からなる糸」製造工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項12に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布の表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項12に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布表面に金属を蒸着する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項12に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記「金属被覆された帯状不織布」の製造工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクターが形成された「ドラム状コレクター」における前記コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、高分子材料溶液又は溶融高分子材料から前記高分子ナノ繊維を前記コレクター上に堆積し、前記高分子ナノ繊維からなる前記帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項1〜11のいずれかに記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記第1工程は、ナノ繊維からなる帯状不織布を製造する工程と、前記帯状不織布を撚り糸装置内に通過させて前記帯状不織布から「高分子ナノ繊維からなる糸」を製造する工程と、前記「高分子ナノ繊維からなる糸」の表面に金属を蒸着する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項16に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記帯状不織布の製造工程は、コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより高分子材料溶液又は溶融高分子材料からシート状不織布を製造する工程と、前記シート状不織布を切断して前記帯状不織布を製造する工程とをこの順序で含むことを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。 - 請求項16に記載の「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法において、
前記帯状不織布の製造工程は、ドラム外周面に周方向に延在する帯状のコレクターが形成された「ドラム状コレクター」における前記コレクターとノズルとの間に高電圧が印加された状態で電界紡糸を行うことにより、高分子材料溶液又は溶融高分子材料から前記高分子ナノ繊維を前記コレクター上に堆積し、前記高分子ナノ繊維からなる前記帯状不織布を製造する工程であることを特徴とする「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法。
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