JP4301611B2

JP4301611B2 - Super elastic fiber material

Info

Publication number: JP4301611B2
Application number: JP34447698A
Authority: JP
Inventors: 潤松田; 一浩岩本
Original assignee: Nippon Seisen Co Ltd
Current assignee: Nippon Seisen Co Ltd
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: JP2000170040A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な機能を持つ超弾性繊維材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大きな弾性域を具え、見掛け上の降伏点を越える歪を付加しても除荷することによりほぼ元の形状に回復するという超弾性特性を有する例えばＮｉＴｉ系合金、ＣｕＺｕ系合金等のいわゆる金属間化合物である超弾性材料は、従来ではステンレス鋼繊維などの一般的な金属繊維材料が用いられてきた金属フィルタ、金属織物などとして（例えば特開昭６０−５９０３６号公報、特開昭６０−５８２２０号公報など）、又例えば特開昭５２−６９５９７号が開示する除電ブラシ用の導電性繊維などとして、その特性を生かした利用が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような超弾性特性を有する線材、繊維材料を製造する場合には、従来、張力を加えて真直性を与えつつ形状記憶熱処理を行う方法が広く採用され、またこのような処理方法として、例えばばね、カテーテルガイドワイヤなどの比較的太くかつ真直な形状の線材を生産性よく形成するという観点から連続熱処理法が採用されてきた。
【０００４】
しかしながら、この方法による形状記憶熱処理は、前記のように直線形状での熱処理となり、特に線径が数μｍ〜８００μｍ程度の繊維フィラメントからなるトウ、繊維材料において材料自体に予め非直線の形状を付与することは極めて困難となる。
【０００５】
そのため、超弾性繊維材料を用いた例えば織物製品、フェルト、フィルタ製品などの製品において繊維フィラメントの分布密度を小さくし製品に弾力性、柔軟性などを与え、かつ立体的な空孔形状を形成することも困難であり、超弾性繊維材料の超弾性としての機能を十分に発揮しうる製品を得難いものとしている。
【０００６】
他方、形状記憶熱処理された繊維材料に対して、その後の加工、例えば曲げ、波付け加工によってその形状を変化させるには、超弾性材料は前記したように高い形状回復特性を持っていることから、そのような加工を施したとしても繊維の形状を実質的に変化させることは困難である。
【０００７】
本発明者らは、鋭意研究を進めた結果、超弾性繊維の製造段階で行う形状記憶熱処理時に所定の処理を施しておくことによって、高い弾性回復特性を持つ超弾性繊維材料において、例えばその長手方向に沿って不規則なカール形状や湾曲形状を必要に応じて形成しうる超弾性繊維材料の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、横断面面積から算出される換算繊維径が５〜３００μｍの繊維フィラメントの集束された複数本の束からなる超弾性繊維材料であって、
該超弾性繊維材料は、少なくともその軸芯方向とは異なる方向の別向きの応力を付加しながら所定張力を加えて形状記憶熱処理することにより見掛け上は直線状態を具えるとともに、
破断にまでは至らない塑性変形域での引張応力を加えかつ除荷したときには、前記引張応力を付加する前の繊維状態とは実質的に異なる他の形状に変形した変形繊維状態をなし、かつ変形繊維状態の弾性特性が、少なくとも８０％以上の形状回復率となる機能を有するものであることを特徴とする超弾性繊維材料横断面面積から算出される換算繊維径が５〜３００μｍの繊維フィラメントの単一又は集束された複数本からなる超弾性繊維材料であって、該繊維材料は、破断にまでは至らない塑性変形域での引張応力を加えかつ除荷したときには、前記引張応力を付加する前の繊維状態とは実質的に異なる他の形状に変形することができ、
かつ他の形状における弾性特性が、少なくとも８０％以上の形状回復率となる機能を有するものであることを特徴とする。
【０００９】
また請求項２の発明は、前記超弾性繊維材料は、変形繊維状態とすることにより、その束内における前記繊維の分布密度が小となることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、前記超弾性繊維材料が、バニシ加工されていない粗雑な外表面の繊維フィラメントからなり、かつ横断面の実周囲長さが該繊維の換算繊維径により求まる周囲長さの１．０５〜５倍となる断面非円形形状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記請求項４の発明は、前記変形繊維状態の形状が、長手方向に螺旋をなす螺旋形状であることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
超弾性繊維材料は、換算繊維径が５〜３００μｍの超弾性特性を有する繊維材料であって、破断にまでは至らない塑性変形域での引張応力を加えた後これを除荷したときに、前記引張応力を付加する前の形状である基本形状とは実質的に異なる他の形状となり、この他の形状の超弾性繊維材料を、本明細書において（変形繊維状態の形状の超弾性繊維材料という。
【００１３】
他の形状としては、繊維の長手方向に螺旋にのびる螺旋状、又は波状、小曲り状、カール状などの他、これらを混在させたような不規則な形状に形成されたものも含む。該他の形状は超弾性繊維材料として有している基本形状（例えば通常直線状に形状記憶処理がされる）とは異なる形状を含む。他の形状が基本形状と異なるか否かは、例えば繊維を投影した時の曲がりのピッチ、振幅の大小などを比較することができ、また他の形状が、例えば繊維材料の長手方向全体を通じて連続させても、断続させてもよい。また変形形状、変形程度が異なる部分を混在させたものとすることができる。
【００１４】
前記超弾性繊維材料として、例えば複数の繊維フィラメントを集合させたトウに前記他の形状を発生させた場合には、各繊維はその束内で不規則な自由形状が付与されることから、トウ全体としては繊維の分布密度を小さくなり伸縮性を発揮できる。
【００１５】
従って、例えば伸縮性にすぐれた超弾性材料からなる織物製品を得ようとする場合には、超弾性の繊維フィラメント、それらのトウに所定の引張応力を付加して前記他の形状を発現させた繊維材料を用いて製織加工することによって得ることができる。しかも、各繊維材料の他の形状を選択し、繊維密度を小さくすることによって、加工後の製品には高い弾力性と小さい目開き特性がもたらされることとなる。
【００１６】
また、この方法以外にも、例えば前記基本形状の超弾性繊維材料をそのまま用いて一旦織物などに成形し、その成形品に必要な引張り応力をその全体又は部分的範囲に加えることによって、前記他の形状の製品をうることも可能である。
【００１７】
図１は、基本形状の部分２と他の形状の部分３とを有する超弾性繊維材料１を示している。また図２の下段の図のように全体を他の形状の部分とすることもできる。なお、上段の図は下段の繊維材料の基本形状における形態を示す。
【００１８】
このような他の形状の超弾性繊維材料１により、例えばフェルト製品等を製造する場合においては、例えば予め長さ３０mm程度の長さに切断して超弾性材料の短繊維として、これをランダムに堆積させ、又はカード機に供給しフェルト成形することができる。これにより、繊維の他の形状部分による三次元的な立体配向によって各空隙精度、柔軟性、弾力性、からまり強度を高めることができる。また必要に応じてバインダー等によって結合させ一体的な剛性、又は可撓性の不織布製品とすることもできる。
【００１９】
なおこのような製品は、例えば除電ブラシとして用いうる。除電ブラシについては、例えば特開昭５３−１３５９７号公報、特開昭５７−１９９９８号公報などが開示するように、テープ状の支持体間に除電体を等間隔に挟持している。除電体として、前記他の形状を出現させた束状の繊維材料を用いることにより、ブラシ先端側での各繊維の広がりを大きくすることができ、被除電品に接触する繊維間隔が小さくなってより効率的な除電効果が得られる。
【００２０】
超弾性繊維材料としては、例えば通常の形状記憶合金、超弾性合金として用いられるＮｉＴｉ合金、ＣｕＺｕ合金、又はその一部を他の次の元素で置換させてなる公知の材料を採用でき、例えば、繊維フィラメントの繊維フィラメントの複数本を集束した繊維束、トウとして形成される。後者の繊維束に関して、予め集束した繊維束を得る方法としては、例えば超弾性繊維となる素材の複数本を各々隔離しながら全体を外装材で包んで得た複合線材をダイス引抜きする、いわゆる集束伸線加工による方法（特開昭６３−２０３２１２号）が採用できる。
【００２１】
特にこの集束伸線法による繊維材料の場合には、繊維生産性を高めるとともに、図３，４に示す如く、バニシ加工されていない粗な外表面と、断面非円形の不規則形状の繊維フィラメントを得ることができる。
【００２２】
このような粗な形状の繊維フィラメントにおいて、横断面における全周の実周囲長さを換算繊維径による周囲長さ（換算繊維径×π）の１．０５〜５倍程度の起伏形状とした場合には、前記他の形状を発現させやすくまた各繊維同士の絡まり強度も大きくできる利点があるが、通常１．０５〜２．５倍程度とするのがよい。
【００２３】
ここで換算繊維径とは横断面面積からその横断面面積を有する真円の直径として換算したその直径値をいう。
【００２４】
超弾性繊維材料として、換算繊維径を２〜８００μｍの太さとする。これは８００μｍを越える程太くしたものでは、繊維自身の剛性によって他の形状の発現を困難にし、あるいは引張応力の付加の為の設備を必要とすることとなり、また用途が限られることとなる。
【００２５】
２μｍ未満のような微細繊維とするときにも、使用する繊維材料が難加工材で細線化困難であることから、通常の加工では達成困難であり、好ましい線径範囲としては５〜３００μｍ、より好ましくは２０〜１００μｍとする。
【００２６】
前記したこの繊維材料には、破断にまでは至らない塑性変形域での引張応力を付加・除荷させる。破断にまでは至らない塑性変形域での引張応力とは、図５に示すような、例えばその材料の引張破断試験の結果を縦軸に荷重を横軸に歪を示す荷重ー歪曲線とした線図から求めることができる。
【００２７】
通常、超弾性金属材料の前記曲線は、荷重の付加に伴い歪が比例的に増加する比例域Ａ、見掛け上の降伏域で歪が増加しても荷重が変わらないプラトー域Ｂ、永久変形を起こす塑性域Ｃを経て破断点Ｄに達するという過程を経るが、少なくともプラトー域Ｂまでの歪に対してはこれを除荷することによってほぼ元の形状に回復する。なおこのプラトー域Ｂは、例えば５％〜１０％程度の歪の領域と言われている。
【００２８】
破断にまでは至らない塑性変形域での引張応力を加えるとは、超弾性繊維材料の全体もしくはその一部に所定の破断にまでは至らない塑性変形域での引張応力、即ちプラトー域Ｂを越え、かつ破断にまでは至らない程度の引張応力を加えることをいう。この引張荷重を付加することによって、該材料が有していた初期の例えば直線状である基本形状から伸長した伸長形状を呈するとともに、除荷することにより、前記基本形状、伸長形状とは異なる前記他の形状を発現させる。
【００２９】
なお、この引張応力を付加した後には除荷する。このような引張応力の付加、除荷は、適宜繰返し行うこともできる。このような付加、除荷によって、繊維が当初有していた基本形状とは異なる前記他の形状に変化する。またその変形程度は、引張力を大とするか、繰り返し回数を増すことにより変形が大きくなる傾向を示した。
【００３０】
また、前記他の形状において、少なくとも８０％以上の形状回復特性を具備している。したがって、これは基本形状における場合と同様であり、従って、基本形状、他の形状のいずれの状態（変形繊維状態の形状の超弾性繊維材料）でも弾性材料として十分に使用することができ、使用者は自在に選択できる。ここで形状回復特性は、材料が有するＡ５点温度（オーステナイト変態終了温度）以上の温度域での値をいい、８０％以上とはこの温度域での値をいう。
【００３１】
さらに、このような超弾性繊維材料をの製造するには、超弾性の繊維フィラメントの集束された複数本の束に、少なくともその軸芯方向とは異なる方向に曲げ、捻りなどの別向きの応力を付加し、もしくは付加しながら所定張力を加えて形状記憶熱処理させる。ここで前記応力が付加される超弾性の繊維フィラメントとは、未だ超弾性機能までは有しない繊維フィラメントである。
【００３２】
またこの他の形状を出現させる為の手段としては、例えば上下一対の歯型間に挟みながら形成した凹凸を生じさせる別向きの応力を付加することができる。このように付与された凹凸形状は、熱処理時の全体的な張力によって軽減されほぼ直線状態となる。
【００３３】
形状記憶熱処理は、通常の超弾性線材などと同様に、例えば温度３５０〜５００℃程度の連続炉で行われるが、例えば繊維フィラメントを所定の型にセットしバッチ方式で熱処理することもできる。しかしこのような処理は、熱膨張や繊維形状などの観点から満足しがたいときには、連続ストランド方式も用いうる。
【００３４】
またこの連続ストランド方式による場合、超弾性の素材繊維には所定張力を加え、ほぼ直線状で加熱されることとなるがこのとき、前記のように引張力とは異なる方向の例えば曲げ、又は捻りなどの別向きの応力を加える。
【００３５】
なお直線状態の繊維材料に前記の引張応力を付加することにより他の形状に変化させる理由は解明されてはいないが、この熱処理時の張力によって前記別向きの応力の影響を見掛け上抑圧し、その後に付加される塑性変形域での大きな変形により記憶された本来の形状が多少であれ、蘇生するものと推測される。
【００３６】
したがって、別向きの応力を付加することで得られる形状と記憶熱処理後の引張り応力によって発生する前記他の形状とは、必ずしもその大きさや状態までも同一なものとして再現されるものではなく、その為、設計時にはその条件などについて調整しておくことが望まれる。
【００３７】
実験例として、例えば前記繊維材料として複数本の繊維トウを用い、また形状記憶熱処理前に該トウに捩りを与えて加熱したものでは、見掛け上は直線状態を持ちながらも、一旦これを大きな力で数回引張ったことによって、個々の繊維は大きな螺旋形状に変化され、各繊維の分布密度が小さいトウとすることができた。
【００３８】
【実施例】
図２の上段の図は、１９本の換算繊維径２５μｍの繊維フィラメントからなる超弾性繊維材料を１回／インチのねじりを与えながら直線状に記憶熱処理したままの超弾性繊維フィラメントのトウを示している。また下段の図は、このトウを数回、破断にまでは至らない塑性変形域で８０〜９０kg／mm² の引張応力を加えた後に生じた他の形状を発現した状態を示し、全体的に螺旋状の形状に変化していることが解る。なお図３はこの繊維の表面状態を示す１００倍の拡大図、図４は、断面形状の４００倍拡大図である。
【００３９】
図６は、本発明にかかる超弾性の繊維フィラメントの束に、軸芯方向とは異なる捻れの別向きの応力を付加して形状記憶熱処理させた超弾性繊維材料に、５％歪を与えた引張試験の結果であり、温度４０゜Ｃ、２５゜Ｃ、１０゜Ｃ、０゜Ｃ、及び−１０゜Ｃの場合を（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）、（ｄ−１）、（ｅ−１）で示している。各温度においてプラトー部が見られ、回復率約８０〜８９％を有している。一方、これを引張って他の形状とした場合を（ａ−２）、（ｂ−２）、（ｃ−２）、（ｄ−２）、（ｅ−２）に示している。他の形状の場合には、プラトー部は見られず、加工硬化型のように荷重とともに歪が増加する状態を示した。したがって、このいずれの状態の繊維も弾性材料としての特性を備えたものである。また他の形状における弾性特性は−１０゜Ｃの場合を除いて基本形状の場合よりも高い８０％以上の形状回復率となる機能を有し、またこれらの図から、他の形状のものでは基本形状の場合と比較して降伏点が大して低下していないことも特徴事項といえる。
【００４０】
このようにして得られる繊維材料は、見かけ上は真直状態にあるものの前記方法で引張荷重を加えることによって、隠れていた他の形状、すなわち螺旋形や波型形状を出現させることができることから、従来から使用されている例えばステンレス鋼繊維に変えて、糸、織布、編布、ロープ、フェルト、さらには他の繊維などと複合させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
このように超弾性繊維材料は、単に繊維の軸芯方向からの引張り応力を付加することによって他の形状に変化させることができ、しかもその状態でも高い回復率を備えている為に、極めて容易に処理することができるとともに、従来では達成できなかった繊維の分布密度を小さくすることができる。
【００４２】
なお、これを使用する場合には他の形状まで発現させない状態でも可能であり、その選択は自由に行うことができる。
【００４３】
また形状記憶熱処理時に付加する別向きの応力によって発現させることができることから、容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超弾性繊維材料の一形態を例示する平面図である。
【図２】超弾性繊維材料の他の形態を例示する拡大平面図である。
【図３】集束伸線法による超弾性繊維材料を例示する平面図である。
【図４】その断面図である。
【図５】超弾性繊維材料の荷重ー伸び線図である。
【図６】５％の歪の回復特性を比較した線図である。
【符号の説明】
２基本形状の部分
３他の形状の部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to super-elastic fiber materials with a new function.
[0002]
[Prior art]
A so-called intermetallic material such as a NiTi alloy or a CuZu alloy that has a large elastic range and has superelastic characteristics that it recovers to its original shape by unloading even if a strain exceeding the apparent yield point is applied. Superelastic materials, which are compounds, have been used as metal filters, metal fabrics, and the like that have conventionally used common metal fiber materials such as stainless steel fibers (for example, JP-A-60-59036, JP-A-60-58220). In addition, for example, as a conductive fiber for a static elimination brush disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-69597, utilization utilizing the characteristics is being made.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of producing a wire or fiber material having such superelastic characteristics, conventionally, a method of performing shape memory heat treatment while imparting straightness by applying tension has been widely adopted, and as such a processing method, For example, a continuous heat treatment method has been adopted from the viewpoint of forming a relatively thick and straight wire such as a spring or a catheter guide wire with high productivity.
[0004]
However, the shape memory heat treatment by this method is a heat treatment in a straight line shape as described above, and in particular, a non-linear shape is previously imparted to the material itself in tows and fiber materials made of fiber filaments having a wire diameter of about several μm to 800 μm. It becomes extremely difficult to do.
[0005]
Therefore, for example, textile products, felts, filter products, etc. using super elastic fiber materials, the distribution density of fiber filaments is reduced to give the products elasticity, flexibility, etc., and a three-dimensional pore shape is formed. Therefore, it is difficult to obtain a product that can sufficiently function as a superelasticity of a superelastic fiber material.
[0006]
On the other hand, in order to change the shape of a fiber material that has undergone shape memory heat treatment by subsequent processing such as bending or corrugating, the superelastic material has high shape recovery characteristics as described above. Even if such processing is performed, it is difficult to substantially change the shape of the fiber.
[0007]
As a result of diligent research, the present inventors have conducted a predetermined treatment during the shape memory heat treatment performed in the production stage of the superelastic fiber. It is intended to provide a super-elastic fiber materials which can be formed as necessary irregular curl shape or a curved shape along the direction.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1, a super-elastic fiber material converted fiber diameter calculated from the cross-sectional area consists of a plurality of beams focused bundle of fiber filaments of 5 to 300 [mu] m,
The super-elastic fiber material, together with the apparently comprises a linear state by shape memory heat treatment by adding a predetermined tension while applying a different orientation of the stress in a direction different from the at least its axial direction,
When a tensile stress in a plastic deformation region that does not lead to breakage is applied and unloaded, a deformed fiber state deformed into another shape substantially different from the fiber state before the tensile stress is applied, and A fiber having a converted fiber diameter of 5 to 300 μm calculated from the cross-sectional area of the superelastic fiber material, wherein the elastic property of the deformed fiber state has a function of achieving a shape recovery rate of at least 80% or more A superelastic fiber material composed of a single filament or a plurality of bundles of filaments, and when the fiber material is subjected to a tensile stress in a plastic deformation region that does not lead to breakage and is unloaded, the tensile stress is reduced. It can be transformed into other shapes that are substantially different from the fiber state prior to application,
And resilient characteristics in other shapes, characterized in that with the at least 80% shape recovery ratio function.
[0009]
The invention according to claim 2 is characterized in that the distribution density of the fibers in the bundle becomes small when the superelastic fiber material is in a deformed fiber state.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, the superelastic fiber material comprises a rough outer surface fiber filament that is not burnished, and the actual perimeter of the cross section is determined by the converted fiber diameter of the fiber. It is characterized by being formed in a non-circular shape with a cross section of 1.05 to 5 times.
[0011]
The invention of claim 4 is characterized in that the shape of the deformed fiber state is a spiral shape spiraling in the longitudinal direction .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The super elastic fiber material is a fiber material having a super elastic property with a converted fiber diameter of 5 to 300 μm, and when a tensile stress is applied in a plastic deformation region that does not lead to breakage, and then unloaded. , wherein the basic shape is the shape before adding the tensile stress Ri Do a substantially different other shapes, superelastic fiber material of the other shapes, in the present specification (modified fibers state shape super It is called an elastic fiber material.
[0013]
Other shapes include a spiral shape extending in the longitudinal direction of the fiber, a wave shape, a small bend shape, a curl shape, and the like, and an irregular shape such as a mixture thereof. The other shape includes a shape different from a basic shape (for example, shape memory processing is usually performed in a straight line shape) that is included as the superelastic fiber material. Whether the other shape is different from the basic shape can be compared, for example, the pitch of bending when projecting the fiber, the magnitude of the amplitude, etc., and the other shape is continuous throughout the longitudinal direction of the fiber material, for example. Or may be intermittent. Further, it is possible to mix portions having different deformation shapes and deformation degrees.
[0014]
As the superelastic fiber material, for example, when the other shape is generated in a tow in which a plurality of fiber filaments are assembled, each fiber is given an irregular free shape in the bundle, and thus the tow As a whole, the distribution density of the fibers is reduced and the stretchability can be exhibited.
[0015]
Therefore, for example, when trying to obtain a woven product made of a superelastic material having excellent stretchability, a predetermined tensile stress is applied to the superelastic fiber filaments and their tows to express the other shapes. It can be obtained by weaving using a fiber material. In addition, by selecting another shape of each fiber material and reducing the fiber density, the processed product is provided with high elasticity and small opening characteristics.
[0016]
In addition to this method, for example, the super-elastic fiber material having the basic shape is used as it is and once formed into a woven fabric, and then the tensile stress necessary for the molded product is applied to the whole or a partial range, so that the other It is also possible to obtain a product of the shape
[0017]
FIG. 1 shows a superelastic fiber material 1 having a basic shape portion 2 and another shape portion 3. Further, as shown in the lower part of FIG. The upper drawing shows the form of the basic shape of the lower fiber material.
[0018]
When a felt product or the like is manufactured by using the superelastic fiber material 1 having such another shape, for example, the fiber is cut into a length of about 30 mm in advance to obtain a short fiber of the superelastic material, which is randomly selected. It can be deposited or fed into a card machine and felted. Thereby, each space | gap precision, a softness | flexibility, elasticity, and entanglement intensity | strength can be raised by the three-dimensional three-dimensional orientation by the other shape part of a fiber. Moreover, it can also be combined with a binder etc. as needed, and it can also be set as an integral rigid or flexible nonwoven fabric product.
[0019]
Such a product can be used as, for example, a static elimination brush. As for the static elimination brush, for example, as disclosed in JP-A-53-13597 and JP-A-57-19998, static elimination bodies are sandwiched between tape-like supports at equal intervals. By using a bundle-like fiber material in which the other shape appears as a static elimination body, the spread of each fiber on the brush tip side can be increased, and the interval between the fibers in contact with the static elimination product is reduced. A more efficient static elimination effect can be obtained.
[0020]
As the superelastic fiber material, for example, an ordinary shape memory alloy, a NiTi alloy used as a superelastic alloy, a CuZu alloy, or a known material obtained by substituting a part thereof with another element can be employed, for example, fiber bundle focuses the plurality of Textile filaments of fiber filaments are formed as tow. Regarding the latter fiber bundle, as a method of obtaining a pre-bundled fiber bundle, for example, a so-called bundling, in which a composite wire obtained by wrapping the whole with an exterior material is isolated while separating a plurality of materials to be superelastic fibers, respectively, A method by wire drawing (Japanese Patent Laid-Open No. 63-203212) can be employed.
[0021]
In particular, in the case of a fiber material by this converging wire drawing method, the fiber productivity is enhanced and, as shown in FIGS. 3 and 4, a rough outer surface that is not burnished and an irregularly shaped fiber filament having a non-circular cross section. Can be obtained.
[0022]
In such a coarsely shaped fiber filament, when the actual perimeter of the entire circumference in the cross section is an undulating shape of about 1.05 to 5 times the perimeter of the converted fiber diameter (converted fiber diameter x π) Has the advantage that the other shapes can be easily expressed and the entanglement strength between the fibers can be increased, but it is usually preferable to be about 1.05 to 2.5 times.
[0023]
Here, the converted fiber diameter means the diameter value converted from the cross-sectional area as the diameter of a perfect circle having the cross-sectional area.
[0024]
As a superelastic fiber material, the converted fiber diameter is 2 to 800 μm. If the thickness exceeds 800 μm, it becomes difficult to develop other shapes due to the rigidity of the fiber itself, or a facility for applying tensile stress is required, and the application is limited.
[0025]
Even when a fine fiber of less than 2 μm is used, the fiber material to be used is a difficult-to-process material and is difficult to be thinned. Therefore, it is difficult to achieve normal processing, and the preferred wire diameter range is 5 to 300 μm Preferably it is 20-100 micrometers.
[0026]
The above-described fiber material is subjected to a tensile stress in a plastic deformation region that does not lead to breakage and is unloaded. The tensile stress in the plastic deformation region that does not lead to rupture is, for example, as shown in FIG. 5, a result of a tensile rupture test of the material as a load-strain curve in which the vertical axis indicates load and the horizontal axis indicates strain. It can be obtained from the diagram.
[0027]
Usually, the curve of the superelastic metal material is a proportional area A in which the strain increases proportionally with the load, a plateau area B in which the load does not change even if the strain increases in the apparent yield area, and a permanent deformation. The process reaches the breaking point D through the plastic zone C to be raised, but at least the strain up to the plateau zone B is restored to the original shape by unloading it. The plateau region B is said to be a strain region of about 5% to 10%, for example.
[0028]
Applying a tensile stress in a plastic deformation region that does not lead to fracture means that a tensile stress in a plastic deformation region that does not lead to a predetermined fracture, that is, a plateau region B, is applied to all or a part of the superelastic fiber material. This refers to applying a tensile stress that exceeds and does not lead to breakage. By applying this tensile load, the material exhibits an elongated shape that is extended from the initial basic shape, for example, a linear shape, which the material has, and is different from the basic shape and the elongated shape by unloading. Develop other shapes.
[0029]
In addition, after applying this tensile stress, it unloads. Such addition and unloading of tensile stress can be repeated as appropriate. By such addition and unloading, the fiber changes to the other shape different from the basic shape originally possessed by the fiber. In addition, the degree of deformation tended to increase as the tensile force was increased or the number of repetitions was increased.
[0030]
Further, the other shape has a shape recovery characteristic of at least 80% or more. Therefore, this is the same as in the basic shape, and therefore, it can be used and used as an elastic material sufficiently in any state of the basic shape and other shapes ( super elastic fiber material in the shape of deformed fiber state). The person can choose freely. Here, the shape recovery characteristic means a value in a temperature range higher than the A5 point temperature (austenite transformation end temperature) of the material, and 80% or more means a value in this temperature range.
[0031]
Furthermore, the manufacturing of such ultra-modulus fiber material, the superelastic the plurality of beams focused bundle of fiber filaments, bending in a different direction to at least its axial direction, the other direction, such as twisting A shape memory heat treatment is applied by applying a predetermined tension while applying or adding stress. The superelastic fiber filament to which the stress is applied is a fiber filament that does not yet have a superelastic function.
[0032]
Further, as a means for causing other shapes to appear, for example, a stress in a different direction that causes unevenness formed while being sandwiched between a pair of upper and lower tooth molds can be applied. The concavo-convex shape imparted in this way is reduced by the overall tension at the time of the heat treatment and becomes a substantially linear state.
[0033]
The shape memory heat treatment is performed in a continuous furnace at a temperature of about 350 to 500 ° C., for example, as in the case of a normal superelastic wire. For example, a fiber filament can be set in a predetermined mold and heat treated in a batch system. However, when such treatment is unsatisfactory from the viewpoint of thermal expansion or fiber shape, a continuous strand method can be used.
[0034]
In addition, in the case of this continuous strand method, a predetermined tension is applied to the superelastic material fiber and it is heated almost linearly. At this time, for example, bending or twisting in a direction different from the tensile force as described above. Apply stress in another direction.
[0035]
The reason for changing to another shape by applying the tensile stress to the fiber material in a straight state has not been elucidated, but apparently suppressed the influence of the stress in the other direction by the tension during this heat treatment, It is presumed that the original shape memorized by the large deformation in the plastic deformation area added after that will be revived to some extent.
[0036]
Therefore, the shape obtained by applying a stress in another direction and the other shape generated by the tensile stress after the memory heat treatment are not necessarily reproduced as the same in size and state. Therefore, it is desirable to adjust the conditions during design.
[0037]
As an experimental example, for example, in the case where a plurality of fiber tows are used as the fiber material and the tow is twisted and heated before the shape memory heat treatment, although it seems to have a linear state, this is once subjected to a large force. By pulling several times, the individual fibers were changed to a large spiral shape, and a tow having a small distribution density of each fiber could be obtained.
[0038]
【Example】
The upper diagram of FIG. 2 shows a toe of superelastic fiber filaments that are subjected to a memory heat treatment in a straight line while applying a twist of 1 turn / inch to a superelastic fiber material composed of 19 fiber filaments with a converted fiber diameter of 25 μm. ing. Moreover, the lower figure shows a state in which this tow was developed several times after the tensile stress of 80 to 90 kg / mm ² was applied in a plastic deformation region that did not reach breakage several times. It turns out that it has changed to the spiral shape. 3 is an enlarged view of 100 times showing the surface state of the fiber, and FIG. 4 is an enlarged view of 400 times of the cross-sectional shape.
[0039]
FIG. 6 shows that a 5% strain was applied to a superelastic fiber material which was subjected to shape memory heat treatment by applying a stress in a different direction torsion different from the axial direction to a bundle of superelastic fiber filaments according to the present invention. It is a result of a tensile test, and the cases of temperatures 40 ° C, 25 ° C, 10 ° C, 0 ° C, and -10 ° C are (a-1), (b-1), (c-1), (D-1) and (e-1). A plateau is seen at each temperature and has a recovery rate of about 80-89%. On the other hand, the case where this is pulled into another shape is shown in (a-2), (b-2), (c-2), (d-2), and (e-2). In the case of other shapes, the plateau portion was not seen, and the strain increased with the load as in the work hardening type. Therefore, the fiber in any state has characteristics as an elastic material. In addition, the elastic characteristics in other shapes have a function of a shape recovery rate of 80% or higher, which is higher than the basic shape except in the case of -10 ° C. It can also be said that the yield point is not significantly lowered compared to the case of the basic shape.
[0040]
Although the fiber material obtained in this way is apparently straight, by applying a tensile load by the above method, other hidden shapes, that is, spirals and corrugated shapes can appear. Instead of the conventionally used stainless steel fibers, for example, they can be combined with yarns, woven fabrics, knitted fabrics, ropes, felts, and other fibers.
[0041]
【The invention's effect】
In this way, the superelastic fiber material can be changed into another shape simply by applying a tensile stress from the axial center direction of the fiber, and also has a high recovery rate in that state, so it is very easy In addition, it is possible to reduce the fiber distribution density that could not be achieved in the past.
[0042]
In addition, when using this, it is possible even in the state which does not express to another shape, The selection can be performed freely.
[0043]
Because it can be expressed by another orientation stresses to be added during or shape memory heat treatment can be easily carried out.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating one embodiment of a superelastic fiber material.
FIG. 2 is an enlarged plan view illustrating another form of the superelastic fiber material.
FIG. 3 is a plan view illustrating a superelastic fiber material by a focused wire drawing method.
FIG. 4 is a cross-sectional view thereof.
FIG. 5 is a load-elongation diagram of a superelastic fiber material.
FIG. 6 is a diagram comparing 5% strain recovery characteristics.
[Explanation of symbols]
2 Basic shape part 3 Other shape part

Claims

横断面面積から算出される換算繊維径が５〜３００μｍの繊維フィラメントの集束された複数本の束からなる超弾性繊維材料であって、
該超弾性繊維材料は、少なくともその軸芯方向とは異なる方向の別向きの応力を付加しながら所定張力を加えて形状記憶熱処理することにより見掛け上は直線状態を具えるとともに、
破断にまでは至らない塑性変形域での引張応力を加えかつ除荷したときには、前記引張応力を付加する前の繊維状態とは実質的に異なる他の形状に変形した変形繊維状態をなし、かつ変形繊維状態の弾性特性が、少なくとも８０％以上の形状回復率となる機能を有するものであることを特徴とする超弾性繊維材料。A super-elastic fiber material converted fiber diameter calculated from the cross-sectional area consists of a plurality of beams focused bundle of fiber filaments of 5 to 300 [mu] m,
The super-elastic fiber material, together with the apparently comprises a linear state by shape memory heat treatment by adding a predetermined tension while applying a different orientation of the stress in a direction different from the at least its axial direction,
When a tensile stress is applied and unloaded in a plastic deformation region that does not lead to breakage, a deformed fiber state deformed into another shape substantially different from the fiber state before the tensile stress is applied, and A superelastic fiber material characterized in that the elastic property in a deformed fiber state has a function of achieving a shape recovery rate of at least 80% or more.

前記超弾性繊維材料は、変形繊維状態とすることにより、その束内における前記繊維の分布密度が小となることを特徴とする請求項１に記載の超弾性繊維材料。 The superelastic fiber material according to claim 1, wherein the superelastic fiber material is in a deformed fiber state so that a distribution density of the fibers in the bundle becomes small.

前記超弾性繊維材料は、バニシ加工されていない粗雑な外表面の繊維フィラメントからなり、かつ横断面の実周囲長さが該繊維の換算繊維径により求まる周囲長さの１．０５〜５倍となる断面非円形形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超弾性繊維材料。 The super elastic fiber material is composed of fiber filaments having a rough outer surface that is not burnished, and the actual peripheral length of the cross section is 1.05 to 5 times the peripheral length determined by the converted fiber diameter of the fiber The superelastic fiber material according to claim 1, wherein the superelastic fiber material is formed into a non-circular shape in cross section.

前記変形繊維状態の形状は、長手方向に螺旋をなす螺旋形状であることを特徴とする請求項２又は３に記載の超弾性繊維材料。 The superelastic fiber material according to claim 2 or 3, wherein the shape of the deformed fiber state is a spiral shape spiraling in the longitudinal direction.