JP4238119B2 - 繊維集合体の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

本発明は繊維集合体の製造方法及びその製造装置に関する。

従来、静電紡糸方法による繊維集合体の製造方法としては、原料となる高分子の状態によって、溶液静電紡糸法と溶融静電紡糸法とに区別される（例えば、特許文献１、特許文献２）。しかしながら、前者の溶液静電紡糸法においては、高分子を溶媒に溶解させた紡糸原液を使用し、紡糸後の繊維集合体においては、溶媒が揮発した状態にあるため、繊維集合体の製造効率の悪い方法であった。また、溶媒は紡出時に紡糸雰囲気中に蒸発するため、雰囲気中の溶媒濃度を適切に調節する必要があり、適切に調節されない場合には、紡糸状態が悪化するという問題点があった。

他方、後者の溶融静電紡糸法においては、高分子を静電紡糸可能な粘度まで下げるために熱を加えるが、長時間の滞留によって熱分解して、高分子の物性低下を招く場合があった。また、紡糸ノズルへ溶融させた高分子を供給するための押し出し機が必要となるなど、設備が大掛かりになるという問題もあった。

国際公開第０１／８９０２２号パンフレット（アブストラクトなど） 特開昭５９−２０４９５７号公報（実施例など）

本発明は従来の静電紡糸法による繊維集合体の製造方法を改良したもので、溶媒を使用することなく製造することができ、しかも熱による物性低下を招くことがない繊維集合体の製造方法を提供することを目的とする。また、前記繊維集合体の製造方法を実施でき、しかも押し出し機などを必要としない、比較的簡単な繊維集合体の製造装置を提供することも目的とする。

本発明の請求項１にかかる発明は、「(１)ポリマーを非溶融状態のまま供給する供給工程、(２)前記供給したポリマーに対してレーザーを照射してポリマーが変形可能な状態にする照射工程、(３)前記変形可能なポリマーを電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして繊維化する繊維化工程、及び(４)前記繊維を集積して繊維集合体を形成する繊維集合体形成工程、とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造方法」である。請求項１にかかる発明によれば、非溶融状態のまま供給されたポリマーにレーザーを照射して熱を与え、変形可能(静電紡糸可能)な状態としているため、溶液静電紡糸法と異なり溶媒を必要としない。また、レーザーを照射して加熱し、瞬時にポリマーを変形可能(静電紡糸可能)な状態にすることができるため、ポリマーを長時間、高温状態にさらす必要がなく、その結果、ポリマーの熱分解を抑制でき、物性の低下を防ぐことができる。更にこの効果に加えて、ポリマーを非溶融状態のまま供給するため、押し出し機などの大掛かりな装置を必要とせず比較的簡単な装置で紡糸が可能である。また、繊維集合体形成時に幅方向(繊維集合体の生産方向に対して直交する方向)へのポリマーの供給量を容易に制御可能なため、目付分布が均一な繊維集合体を製造しやすい。

本発明の請求項２にかかる発明は、「(１)ポリマーを非溶融状態のまま供給できる供給手段、(２)前記供給したポリマーが変形可能な状態にできるレーザー照射手段、(３)前記変形可能なポリマーを電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして繊維化できる繊維化手段、及び(４)前記繊維を集積して繊維集合体を形成できる集積手段、とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造装置」である。請求項２にかかる発明によれば、請求項１にかかる発明の繊維集合体の製造を実施できる。また、押し出し機を必要としないため、設備が比較的簡単で、安く繊維集合体を製造することができる。

本発明の繊維集合体の製造方法によれば、溶媒を使用することなく製造することができ、しかも熱による物性低下を招くことがない。

また、本発明の繊維集合体の製造装置は前記繊維集合体の製造方法を実施でき、しかも押し出し機などを必要としない、比較的簡単な繊維集合体の製造装置である。

本発明の繊維集合体の製造方法及び製造装置について、繊維集合体の製造装置の概念的模式断面図である図１を参照しながら説明する。図１の製造装置は、ボビン１０に巻かれた繊維１１を印加部３１へ供給できる一対の送り出しロール２０からなる供給手段、前記供給された繊維１１に対して電圧を印加できる高電圧電源３０からなる印加手段、前記印加手段によって電圧が印加された繊維１２が変形可能な状態となるまでレーザーを照射できる、レーザー発振器４０からなるレーザー照射手段、前記電圧が印加された変形可能な繊維を電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして細繊維化できるように、捕集体と接続された接地手段、及び前記細繊維１３を集積して繊維集合体７０を形成できるコンベア６０からなる集積手段とを備えている。なお、図１の製造装置においては、印加手段と接地手段とによって、電位差が形成され、電圧が印加された変形可能な繊維は電気的に牽引されて、細径化するとともに引き伸ばされるため、印加手段と接地手段とで繊維化手段を構成する。

より具体的には、まず、一対の送り出しロール２０によって、ボビン１０に巻かれた繊維１１を印加部３１へ供給する供給工程、を実施する。本発明の繊維１１を構成するポリマーはレーザーの照射によって変形可能なものであれば良く、一般的な汎用樹脂からエンジニアプラスチックで構成することができる。より具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミドなどを挙げることができる。

この印加部３１へ供給する繊維１１は非溶融状態にあるため、繊維１１の供給量を一定としやすく、目付分布が均一な繊維集合体７０を製造しやすいため好適である。また、ボビン１０から直接繊維１１を供給することができ、押し出し機が必要ないという点からも好適である。

なお、図１においては、繊維１１を一対の送り出しロール２０によって供給しているが、繊維１１を印加部３１へ供給できる限り、これに限定されるものではない。

図１の繊維集合体７０の製造方法においては、次いで、供給された繊維１１に高電圧電源３０を用いて電圧を印加している。これは後述の接地手段との組合せによって、電位差を設けて、繊維が電気的に牽引され、引き伸ばされて細径化するようにするためである。このように電位差を設けることによって、繊維に静電荷が蓄積され、接地５０されたコンベア６０によって電気的に牽引され、細径化するとともに引き伸ばされて細繊維化する。電気的に牽引しているため、繊維がコンベア６０に近づくにしたがって、電界の作用が強くなり、繊維の速度が加速されて、繊維径の小さい細繊維を製造することができる。

高電圧電源３０による印加電圧は、印加部３１とコンベア６０との距離、繊維構成ポリマーの種類、レーザー照射の程度などによって変化するため、特に限定するものではない。

なお、図１においては、複数本の繊維１１を印加部３１へ供給しているため、高電圧電源３０による印加によって、互いの繊維が静電気的に反発して、個々の繊維に分離した状態（電圧が印加された繊維１２）となる。そのため、次のレーザー照射による繊維同士の融着は生じない。

次いで、前記印加手段によって電圧が印加された繊維１２が変形可能な状態となるまで、レーザー発振器４０を用いてレーザーを照射する。この照射するレーザーは電圧が印加された繊維１２を変形可能な状態とすることのできるものであれば良く、特に限定するものではないが、例えば、気体レーザー（主に炭酸ガスレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、Ａｒイオンレーザー）や固体レーザー（主にルビーレーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｎｄ：ガラスレーザー）や液体レーザー（主に色素レーザー）を使用することができる。

このようなレーザーは繊維１２を細径化しやすいように、印加部３１近傍でレーザーを照射するのが好ましい。なお、図１のように、複数本の繊維１２に対してレーザーを照射するには、例えば、レーザーを光ファイバーで分岐させて、個々の繊維１２にレーザーを照射することができるし、レンズにより幅を広げたレーザーを照射することもできる。

このようなレーザーは繊維１２を構成するポリマーが変形可能な状態にまで照射して加熱するが、別の言い方をすると、電気的に牽引して細径化可能な状態にまで照射して加熱する。

なお、図１における製造装置においては、余剰のレーザーを吸収し、作業環境を悪化させないように、レーザー発振器４０と対向した位置に、レーザー吸収体４２としてレンガを配置している。

次いで、図１においては、電圧が印加された変形可能な繊維１２を電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして細繊維化する。この細繊維化は前述の通り、高電圧電源３０と接地５０されたコンベア６０との間の電位差によって実施される。なお、図１においてはコンベア６０を接地５０しているが、高電圧電源３０により印加される電圧との間に電位差が形成されれば、コンベア６０に電圧を印加しても良い。また、図１とは反対に、コンベアに高電圧を印加し、図１の印加部３１に相当する領域を接地して電位差を設けても良い。更には、コンベア６０とは別に接地又は印加できる電極を設置しても良い。

そして、細径化された繊維１３はコンベア６０上に捕集されて繊維集合体７０が形成される。図１においてはコンベア６０を捕集体として使用しているため、連続的に繊維集合体７０を製造することができる。しかしながら、細径化した繊維１３を捕集できれば、コンベアである必要はなく、特に限定するものではない。例えば、ドラム、ネットなどを捕集体として使用することもできる。

なお、図１の製造装置においては、１つのボビンを用いているが、図１と同様の製造装置を繊維集合体の生産方向又は生産方向と直交する方向に複数台設置して、繊維集合体の生産性を高めることができる。

図２は本発明の製造装置の別の態様を示す概念的模式断面図である。図２の製造装置においては、図１におけるボビン１０から巻き出した繊維１１を供給するのに替えて、棒状のポリマー１４を供給していること以外は、図１と全く同様である。このように、本発明の製造方法及び製造装置はポリマーの形態に左右されず、繊維集合体７０を製造することができる。

図３は本発明の製造装置の更に別の態様を示す概念的模式断面図である。図３の製造装置においては、図１におけるボビン１０から巻き出した繊維１１を供給するのに替えて、溶融したポリマーを押し出し機１５から供給し、紡糸ノズル２１から溶融したポリマー１６を吐出していること以外は、図１と全く同様である。図３においては、溶融したポリマーを押し出し機１５から供給し、紡糸ノズル２１から溶融したポリマー１６を吐出しているが、繊維化に必要な熱はレーザー照射で賄うことができ、押し出し機１５及び紡糸ノズル２１中における加熱温度を従来の溶融静電紡糸装置よりも低く抑えることができるため、ポリマーの熱分解を抑えて繊維化できる。なお、図３とは異なり、高電圧電源３０からの印加を紡糸ノズル２１に対して行っても良い。

繊維集合体の製造装置の概念的模式断面図 繊維集合体の別の製造装置の概念的模式断面図 繊維集合体の更に別の製造装置の概念的模式断面図

符号の説明

１０ ボビン
１１ 繊維
１２ 電圧が印加された繊維
１３ 細繊維（細径化した繊維）
１４ 棒状のポリマー
１５ 押し出し機
１６ 溶融したポリマー
２０ 送り出しロール
２１ 紡糸ノズル
３０ 高電圧電源
３１ 印加部
４０ レーザー発振器
４１ レーザー照射部
４２ レーザー吸収体
５０ 接地
６０ コンベア
７０ 繊維集合体

Claims (2)

1. (１)ポリマーを非溶融状態のまま供給する供給工程、
   (２)前記供給したポリマーに対してレーザーを照射してポリマーが変形可能な状態にする照射工程、
   (３)前記変形可能なポリマーを電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして繊維化する繊維化工程、及び
   (４)前記繊維を集積して繊維集合体を形成する繊維集合体形成工程、
   とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造方法。
   
2. (１)ポリマーを非溶融状態のまま供給できる供給手段、
   (２)前記供給したポリマーが変形可能な状態にできるレーザー照射手段、
   (３)前記変形可能なポリマーを電気的に牽引し、細径化するとともに引き伸ばして繊維化できる繊維化手段、及び
   (４)前記繊維を集積して繊維集合体を形成できる集積手段、
   とを備えていることを特徴とする、繊維集合体の製造装置。

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