JP2022113507A

JP2022113507A - 製紙用フェルトの製造方法及びこの製造方法により製造された製紙用フェルト。

Info

Publication number: JP2022113507A
Application number: JP2021009798A
Authority: JP
Inventors: 徹安田; Toru Yasuda
Original assignee: Nippon Felt Co Ltd
Current assignee: Nippon Felt Co Ltd
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2022-08-04

Abstract

【課題】緯方向の曲げ剛性の上昇を抑制し、表面平滑性に優れる製紙用フェルトの製造方法及びこの製造方法によって製造された製紙用フェルトを提供する。【解決手段】製紙用フェルトの製造方法は、基布と、前記基布の製紙面側に積層され、鞘成分の融点が１６５～１８５℃かつ芯成分の融点が鞘成分の融点より高い芯鞘繊維を含む表バット繊維層と、を備えた製紙用フェルトの製造方法であって、基布素材と表バット繊維層素材とを交絡して積層体を得る積層工程と、前記積層体を前記芯鞘繊維の鞘成分の融点より０～１０℃高い温度で圧縮処理する圧縮処理工程と、を備える。前記芯鞘繊維の繊度は１５～２０ｄｔｅｘであることが好ましい。前記表バット繊維層全体の質量を１００％とした場合に、前記芯鞘繊維を、３０～５０質量％含むことが好ましい。製紙用フェルトは、本発明の製紙用フェルトの製造方法により製造される。【選択図】図８

Description

本発明は、抄紙機のプレスパートで使用される製紙用フェルト（以下、「フェルト」ともいう。）の製造方法及びこの製造方法により製造された製紙用フェルトに関する。更に詳しくは、緯方向の曲げ剛性の上昇を抑制し、表面平滑性に優れる製紙用フェルトの製造方法及びこの製造方法により製造された製紙用フェルトに関する。

製紙用フェルトは、抄紙機のプレスパートで使用される。プレスパートは、前工程のワイヤーパートで形成された湿紙をフェルトとともに一対のプレスロールの間に通過させ、機械的に圧縮することで搾水を行うパートである。
製紙用フェルトは、基布と、基布に短繊維をニードリングして形成したバット繊維層とを備える。
一般に、基布には、経糸と緯糸を互いに織り上げた織布や、糸を一方向に配列して糸同士を固定して作成した不織布が用いられる。ニードリングとは、「バーブ」と呼ばれるかぎ状構造をもつニードル針が、そのバーブに短繊維を引っかけて運搬することにより、短繊維同士、および短繊維と基布を機械的に結合する工程をさす。
ニードリング工程の後の仕上げ工程では、フェルトを高温の加熱ロールで圧縮してバット繊維層を高密度に圧縮するとともにバット繊維層表面を平滑にする処理が一般に行われる。
製紙用フェルトは湿紙とともにプレスロールで圧縮され湿紙の搾水を行うが、湿紙と直に接するフェルトの表面が平滑であるほど湿紙に均一に圧力をかけられ、より多くの水を湿紙から搾り取ることができる。できるだけ多くの水を湿紙から搾り取ることができればプレスパートに続くドライパートで湿紙の乾燥に要する蒸気エネルギーを節約することができ、抄紙工程全体のエネルギー節約につながる。したがって、フェルトの表面は可能な限り平滑であることが求められる。
製紙用フェルトの表面を平滑にするための手段として、低融点繊維を使用することが挙げられる。

上記の目的で使用される低融点繊維としては、鞘成分の融点が１４０℃以下かつ芯成分の融点が鞘成分の融点より高い芯鞘繊維が使用されることが多い（例えば、特許文献１の〔００２７〕参照。）。こうすることで、鞘成分の熱溶融に要するエネルギーコストを低く抑えられ、かつ芯成分が十分な繊維強度を保持できることが、こうした芯鞘繊維を用いる利点となっている。
しかし、上記のような鞘成分の融点が１４０℃以下の芯鞘繊維をバット繊維層に使用し、繊維を軟化させ表面を平滑にしたフェルトは、曲げ剛性が高いという欠点がある。
すなわち、バット繊維層に含まれる芯鞘繊維の混紡比率を多くするほど表面平滑性は向上する一方、通常の低融点繊維を融点より高い温度で溶融させたフェルトや、低融点繊維を融点より低い温度で軟化させたフェルトでは、上記混紡比率を多くするほど、曲げ剛性値が高くなる問題がある。
抄紙機へのフェルトの掛け入れ作業はフェルトを折り曲げながら抄紙機の隙間に通さなければならないため、特に緯方向の曲げ剛性が高いフェルトは掛け入れ作業を困難にする。

特開２００７－１８２６４４号公報

本発明は、バット繊維層に芯鞘繊維を使用し熱処理により鞘成分を軟化させ繊維を変形させたフェルトにおいて、緯方向の曲げ剛性の上昇を抑制し、表面平滑性に優れる製紙用フェルトの製造方法及びこの製造方法によって製造された製紙用フェルトを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための手段を鋭意検討した結果、以下の手段により、本発明の完成に至った。すなわち、高融点の芯鞘繊維を含むバット繊維層素材を使用することで、低い温度で軟化させても、曲げ剛性値が高くならず、より表面平滑性に優れたフェルトを製造できることを見出した。
本発明は、以下の通りである。
１．基布と、
前記基布の製紙面側に積層され、鞘成分の融点が１６５～１８５℃かつ芯成分の融点が鞘成分の融点より高い芯鞘繊維を含む表バット繊維層と、を備えた製紙用フェルトの製造方法であって、
基布素材と表バット繊維層素材とを交絡して積層体を得る積層工程と、
前記積層体を前記芯鞘繊維の鞘成分の融点より１０～２０℃低い温度で圧縮処理する圧縮処理工程と、を備えることを特徴とする製紙用フェルトの製造方法。
２．前記芯鞘繊維の繊度が１５～２０ｄｔｅｘである前記１．に記載の製紙用フェルトの製造方法。
３．前記表バット繊維層全体を１００質量％とした場合に、前記芯鞘繊維を、３０～５０質量％含む前記１．又は２．に記載の製紙用フェルトの製造方法。
４．前記１．乃至３．のうちのいずれか１項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする製紙用フェルト。

本発明の製紙用フェルトの製造方法によれば、緯方向の曲げ剛性の上昇を抑制し、表面平滑性に優れる製紙用フェルトを製造することができる。
また、芯鞘繊維の繊度が１５～２０ｄｔｅｘである場合には、より芯鞘繊維の摩耗を防ぐことができると共に、よりバット繊維の脱落を防ぐことができる。
更に、表バット繊維層全体の質量を１００％とした場合に、芯鞘繊維を、３０～５０質量％含む場合には、表面平滑性に優れると共に、より搾水性に優れる製紙用フェルトを製造することができる。
また、本発明の製造方法により製造された製紙用フェルトであれば、緯方向の曲げ剛性の上昇を抑制し、表面平滑性に優れたものとなる。

実施形態の製紙用フェルトの製造方法に係り、積層体の模式的断面図である。実施形態の製造方法に係り、圧縮処理工程を説明する説明図である。実施形態の製紙用フェルトの模式的断面図である。 (ａ)実施例の製紙用フェルトの製造方法に係り、基布素材に裏バット繊維層素材を積層した状態を示す模式的断面図、(ｂ)更に表バット繊維層素材を積層した積層体の模式的断面図である。実施例の製造方法に係り、圧縮処理工程を説明する説明図である。実施例の製紙用フェルトの模式的断面図である。（ａ）試験体を評価するための計測装置の模式的な正面図、（ｂ）右側面図である。製紙用フェルトの試験体の緯方向の曲げ剛性値を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
尚、本発明は、かかる図面に記載された具体例に示すものに限られず、目的、用途に応
じて種々変更したものとすることができる。また、同一の構成については同一の符号を用いるものとし、その説明を省略する。

［１］製紙用フェルトの製造方法
本発明に係る製紙用フェルトの製造方法は、基布と、前記基布の製紙面側に積層され、鞘成分の融点が１６５～１８５℃かつ芯成分の融点が鞘成分の融点より高い芯鞘繊維を含む表バット繊維層と、を備えた製紙用フェルトの製造方法であって、基布素材と表バット繊維層素材とを交絡して積層体を得る積層工程と、前記積層体を前記芯鞘繊維の鞘成分の融点より１０～２０℃低い温度で圧縮処理する圧縮処理工程と、を備えている。

（１）積層工程
前記積層工程は、例えば図１に示すように、基布素材１１の表面側（製紙面側）に表バット繊維層素材１２を交絡して積層する工程である。
基布素材１１は、経糸と緯糸を互いに織り上げた織布や、糸を一方向に配列して糸同士を固定して作成した不織布とすることができる。基布素材に用いられる糸は、モノフィラメントの単糸又はその撚糸、マルチフィラメントの撚糸、あるいは紡績糸の中から１種類もしくは複数種類を任意に組み合わせて用いることができる。糸に用いられる材質は、特に限定はなく、例えば、ポリアミドやポリエステル等を使用することができる。

表バット繊維層素材１２は、短繊維から構成され、例えばポリアミドやポリエステル等の熱可塑性樹脂を溶融紡糸し、短繊維化したものとすることができる。本発明の表バット繊維層素材１２は、短繊維の一部に、鞘成分１２１ａの融点が１６５～１８５℃かつ芯成分１２２ａの融点が鞘成分１２１ａの融点より高い芯鞘繊維１２ａを使用する。
芯鞘繊維１２ａは、上記の素材であれば、その材質は特に限定はないが、例えば、「芯」として６ナイロン、「鞘」としては１２ナイロンを使用することができる。
ここで、鞘成分１２１ａの融点は１６５～１８５℃であり、１７０～１８０℃であることが更に好ましい。
鞘成分１２１ａの融点が１６５℃未満では、家庭紙用抄紙機で使用された場合、他の抄紙機よりも使用温度が高いため、使用中に鞘成分１２１ａが溶融や軟化するおそれがある。また、鞘成分１２１ａの融点が１８５℃を超えると、芯鞘繊維１２ａの剛性が高いため、フェルトの曲げ剛性が高くなってしまうおそれがある。

また、芯鞘繊維１２ａの繊度は１５～２０ｄｔｅｘであることが好ましく、１６～１８ｄｔｅｘであることが更に好ましい。芯鞘繊維１２ａの繊度が１５ｄｔｅｘ未満では、繊維強度が不十分なため、フェルトの使用中にプレスロールによるせん断力やフェルトサクションボックス（吸引装置）による摩擦を受けた際に芯鞘繊維１２ａの摩耗量が多くなるため好ましくない。更に、芯鞘繊維１２ａの繊度が２０ｄｔｅｘを超えると、単位重量当たりの芯鞘繊維１２ａの本数が少な過ぎ、芯鞘繊維１２ａの軟化によりフェルト表面を平滑にする効果が十分に得られない。

表バット繊維層素材１２は、芯鞘繊維１２ａの他に「他の短繊維１２ｂ」を含むことができる。「他の短繊維１２ｂ」の材質、繊度は特に限定はされず、例えば６６ナイロン短繊維、６ナイロン短繊維等の２～２０ｄｔｅｘの繊維を使用することができる。

表バット繊維層素材１２全体を１００質量％とした場合に、芯鞘繊維１２ａを、１５～７０質量％含むことが好ましく、３０～５０質量％含むことが特に好ましい。表バット繊維層素材全体の質量を１００％とした場合に、芯鞘繊維１２ａが、１５質量％未満では芯鞘繊維１２ａの本数が不足し、フェルト表面を平滑にするには不十分である。また、７０質量％を超えると、圧縮処理によって製造されたフェルト２０の表バット繊維層２２全体が扁平化しフェルト２０内部の空隙の多くが塞がり搾水性能の低下を招くことになる。

基布素材１１の表面側に表バット繊維層素材１２を交絡して積層体１０を得るには、例えば、芯鞘繊維１２ａと他の短繊維１２ｂを混紡した表バット繊維層素材１２を、カーディング等の既存のウェブ形成方法によってシート状にし、これをニードリングにより基布素材１１の表面と表バット繊維層素材１２が一体化した積層体１０とすることができる。ここで「交絡」とは、繊維同士が十分に絡み合っている状態を意味し、繊維層を単に重ね合わせただけの状態は、交絡に含まれない。

（２）圧縮処理工程
圧縮処理工程は、前記積層体１０を前記芯鞘繊維１２ａの鞘成分１２１ａの融点より１０～２０℃低い温度で圧縮処理する工程である。
処理温度が、鞘成分１２１ａの融点より２０℃を超えて低い場合には、鞘成分の軟化が不十分でフェルト表面を平滑にする効果が小さいものとなる。一方、処理温度が、鞘成分１２１ａの融点より１０℃未満低い場合には、鞘成分の溶融による繊維同士の固着が起こり曲げ剛性の上昇につながるおそれがある。
圧縮処理する方法は、特に限定はないが、例えば図２に示すように、芯鞘繊維１２ａの鞘成分１２１ａの融点より１０～２０℃低い表面温度に昇温させた一対の加熱ロール６１、６２に通して圧縮し、芯鞘繊維１２ａを軟化、変形させることができる。その際、積層体１０を圧縮させる一対のロール６１、６２の両方ともが加熱ロールであってもよいし、一方のロール６１のみが加熱ロールであってもよい。一方のロール６１のみが加熱ロールの場合は芯鞘繊維１２ａを含む表バット繊維層素材１２がそのロール６１に接するようにする。
このように、積層体１０を芯鞘繊維１２ａの鞘成分１２１ａの融点より１０℃から２０℃低い表面温度に昇温させたロール６１に通して圧縮処理することにより、少なくとも一部の芯鞘繊維１２ａが変形した結果、圧縮処理前よりもフェルト表面の平滑性が高くなっている。
以上の工程により、図３に示すように、基布２１と、基布２１の製紙面側に積層された表バット繊維層２２を備えた製紙用フェルト２０が製造される。フェルト表面２２ｓは平滑性が高いものとなっている。

製紙用フェルトの製造に用いる表バット繊維層素材１２に含まれる芯鞘繊維１２ａは、鞘成分１２１ａの融点が１６５～１８５℃かつ芯成分１２２ａの融点が鞘成分１２１ａの融点より高い。そして、基布素材１１と表バット繊維層素材１２を交絡して得た積層体１０を鞘成分１２１ａの融点より１０～２０℃低い温度で圧縮処理する。
以上の条件により製造されたフェルトは、表バット繊維層素材１２中の芯鞘繊維１２ａの含有量が１５～７０質量％の広範囲にわたって、緯方向の曲げ剛性値を低く抑えることができ、かつ、表面平滑性に優れたものとなる。
上記の条件において、鞘成分１２１ａの融点が、１７０～１８０℃であれば、更に緯方向の曲げ剛性値を低く抑えることができ、かつ、更に表面平滑性に優れたものとなる。

（３）その他の工程
以上、表バット繊維層のみを積層した本発明の製紙用フェルトの製造方法を説明したが、本発明の製紙用フェルトは、必要に応じて製紙用フェルトの走行面側に裏バット繊維層を備えることができる。例えば後述の実施例のように、裏バット繊維層素材を基布素材に交絡して積層した後に、上述の製造方法に従って、表バット繊維層を積層して、圧縮処理をすることができる。

［２］製紙用フェルト
本発明の製紙用フェルト２０は、前述の製紙用フェルトの製造方法によって製造される。製紙用フェルト２０は、図３に示すように、基布２１と、基布２１の製紙面側に交絡して積層された表バット繊維層２２と、を備えている。
基布２１は、前述の基布素材１１から形成され、表バット繊維層２２は、表バット繊維層素材１２から形成されるものであり、これらの材質及び製造方法については前述の通りである。
表バット繊維層２２は、短繊維の一部に、鞘成分の融点が１６５～１８５℃かつ芯成分の融点が鞘成分の融点より高い芯鞘繊維を使用している。
鞘成分の融点は１６５～１８５℃と高温であるため、例えば、家庭紙用抄紙機での使用のように、他の抄紙機よりも使用温度が高い場合であっても、使用中に鞘成分が溶融や軟化するおそれがない。

また、芯鞘繊維の繊度は１５～２０ｄｔｅｘであることが好ましく、この範囲の繊度であれば、繊維強度が十分であり、フェルトの使用中にプレスロールによるせん断力やフェルトサクションボックス（吸引装置）による摩擦を受けても芯鞘繊維の摩耗量を抑制することができる。また、この範囲の繊度であれば、単位重量当たりの芯鞘繊維の本数が適切であり、芯鞘繊維の軟化によりフェルト表面を平滑にする効果が十分に得られる。

表バット繊維層２２全体の質量を１００質量％とした場合に、芯鞘繊維を、１５～７０質量％含むことが好ましく、３０～５０質量％含むことが特に好ましい。芯鞘繊維が１５質量％以上であれば、芯鞘繊維の本数がフェルト表面を平滑にするには十分である。また、芯鞘繊維が７０質量％以下であれば、バット繊維層２２全体の空隙の多くが塞がることがなく搾水性能も十分である。

実施形態にかかる製紙用フェルト２０は、シーム付きフェルトであってもよいが、エンドレスフェルトであることが好ましい。
なお、図６に示す製紙用フェルト４０のように、更に基布２１の走行面側に裏バット繊維層２３を備えることができる。

以下で、実施例により更に具体的に説明する。
以下の手順により、製紙用フェルトの試験体を作成して曲げ剛性の試験を行った。

（試験体の作成）
（１）積層工程
基布素材１１としては、緯糸に直径が０．２０ｍｍの６ナイロンモノフィラメントを４本撚り合わせた撚り糸、経糸に０．２０ｍｍの６ナイロンモノフィラメントを４本撚り合わせた撚り糸と４２０デニールの６６ナイロンマルチフィラメントを３本撚り合わせた撚り糸の２種類の糸を使用した、目付が５４０ｇ／ｍ^２の経２重織の織布を使用した。
図４（ａ）に示すように、この基布素材１１の裏面側に１７ｄｔｅｘの６６ナイロン短繊維１３ｂからなる短繊維シートを１００ｇ／ｍ^２、ニードルパンチングにより積層して裏バット繊維層素材１３を形成した。
表バット繊維層素材１２については、実施例１、２として、鞘成分１２１ａの融点が１７５℃、芯成分１２２ａの融点が２１５℃であり、３．３ｄｔｅｘ、１７ｄｔｅｘのそれぞれの芯鞘繊維１２ａと１７ｄｔｅｘの６６ナイロン短繊維１２ｂからなり、混紡比率の異なる３種類の合計６種類の短繊維シートを用意した。
比較例１、２として、鞘成分１２１ａの融点が１３５℃、芯成分１２２ａの融点が２１５℃であり、３．３ｄｔｅｘ、１７ｄｔｅｘのそれぞれの芯鞘繊維１２ａと１７ｄｔｅｘの６６ナイロン短繊維１２ｂからなり、混紡比率の異なる３種類の合計６種類の短繊維シートを用意した。
次いで、図４（ｂ）に示すように、基布素材１１に対して、実施例６種類、比較例６種類それぞれの短繊維シート６００ｇ／ｍ^２を、ニードルパンチングにより交絡して積層することにより、表バット繊維層素材１２を形成し、総目付が約１２５０ｇ／ｍ^２の１２種類の積層体３０を得た。

（２）圧縮処理工程
次にこの積層体３０を、図５に示すように、一対のロール６１、６２に線圧２０ｋｇ／ｃｍ、ロール速度０．８ｍ／分で２回通過させて圧縮した。ここで、使用した一対のロール６１、６２のうちの一方のロール６１のみが加熱ロールであり、表バット繊維層素材１２が加熱したロール６１に接するように積層体３０を通過させた。
こうして得られたフェルト４０の試験体は、図６に示すように、表バット繊維層２２、基布２１、裏バット繊維層２３からなる。
実施例１、２に係る試験体については、ロール６１の表面温度を鞘成分１２１ａの融点より１５℃低い温度に昇温させた。一方、比較例１、２については、ロール６１の表面温度を鞘成分１２１ａの融点より５℃高い温度に昇温させた試験体として、比較例１－１、比較例２－１とした。そして、ロール６１の表面温度を鞘成分１２１ａの融点より１５℃低い温度に昇温させた試験体として、比較例１－２、比較例２－２とした。

（試験方法）
上記の手順で作製した、実施例６種類、比較例１２種類の合わせて１８種類のフェルト４０の試験体の緯方向の曲げ剛性を評価した。曲げ剛性の評価には、図７（ａ）、（ｂ）に示す自作の計測装置８０を使用した。
図７（ａ）、（ｂ）は、計測装置８０のそれぞれ模式的な正面図、模式的な右側面図である。計測装置８０の上部が荷重計８１であり、荷重計８１に下から加わる荷重が表示部８１ａに表示される。荷重計８１と下部の台座８５の間には３ｃｍの間隔が空いている。
荷重計８１は、日本電産シンポ株式会社製（型式番号：ハンドヘルドデジタルフォースゲージＤＦＧ－５０Ｒ）を使用した。
計測装置８０を使用するには、図７（ａ）に示すように、縦横１０ｃｍ四方に切り取ったフェルトの試験体をフェルトの表面２２ｓが内側になるように緯方向（ＣＭＤ方向）に半分に折り曲げて荷重計８１と台座８５の３ｃｍの間隔が空いた隙間に挟み込んだ。
次に荷重計８１と台座８５の上面の間隔が１ｃｍになる位置まで荷重計８１を下降させ、荷重計８１にかかる荷重の最大値（ｇ／ｃｍ）を表示部８１ａより読み取った。

（試験結果）
表１に実施例１、２、比較例１－１、１－２、２－１、２－２の各試験体の緯方向の曲げ剛性値の測定結果を示す。

図８は芯鞘繊維の混紡比率ごとに実施例と比較例の緯方向の曲げ剛性値を比較するために作成したグラフである。
その結果、実施例１、２に係る芯鞘繊維のフェルトについては、混紡比率（１７～６７質量％）に関わらず、曲げ剛性値が低い値に安定して抑制された結果となった。
すなわち、鞘成分の融点が１７５℃の芯鞘繊維を使用したフェルトでロール６１の表面温度を鞘成分の融点より１５℃低い１６０℃にすると、緯方向の曲げ剛性値が低く、実施例２（繊度１７ｄｔｅｘ）においては芯鞘繊維の混紡比率が高くなっても曲げ剛性値が殆ど上昇しない結果となった。更に実施例１（繊度３．３ｄｔｅｘ）においては、芯鞘繊維の混紡比率が高くなるにしたがって、曲げ剛性値が逆に低下するという結果が得られた。
一方、比較例１－１～２－２については、実施例の曲げ剛性値を一貫して上回ると共に、芯鞘繊維の混紡比率の増加に伴って、緯方向の曲げ剛性値が上昇する結果となった。
また、比較例１－２及び比較例２－２のように、鞘成分の融点が１３５℃の芯鞘繊維を使用した従来のフェルトでは、ロール６１の表面温度を鞘成分の融点より１５℃低い１２０℃にしたというだけでは緯方向の曲げ剛性値が殆ど低くならず、更に芯鞘繊維の混紡比率の増加とともに曲げ剛性値が上昇する結果となった。

１０、３０；積層体、１１；基布素材、１２；表バット繊維層素材、１２ａ；芯鞘繊維、１２１ａ；鞘成分、１２２ａ；芯成分、１３；裏バット繊維層素材、２０、４０；製紙用フェルト、２１；基布、２２；表バット繊維層、２３；裏バット繊維層。

Claims

基布と、
前記基布の製紙面側に積層され、鞘成分の融点が１６５～１８５℃かつ芯成分の融点が鞘成分の融点より高い芯鞘繊維を含む表バット繊維層と、を備えた製紙用フェルトの製造方法であって、
基布素材と表バット繊維層素材とを交絡して積層体を得る積層工程と、
前記積層体を前記芯鞘繊維の鞘成分の融点より１０～２０℃低い温度で圧縮処理する圧縮処理工程と、を備えることを特徴とする製紙用フェルトの製造方法。
前記芯鞘繊維の繊度が１５～２０ｄｔｅｘである請求項１に記載の製紙用フェルトの製造方法。
前記表バット繊維層全体を１００質量％とした場合に、前記芯鞘繊維を、３０～５０質量％含む請求項１又は２に記載の製紙用フェルトの製造方法。
請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする製紙用フェルト。