JP6494162B2 - 繊維材料およびその製造方法 - Google Patents

繊維材料およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6494162B2
JP6494162B2 JP2014012756A JP2014012756A JP6494162B2 JP 6494162 B2 JP6494162 B2 JP 6494162B2 JP 2014012756 A JP2014012756 A JP 2014012756A JP 2014012756 A JP2014012756 A JP 2014012756A JP 6494162 B2 JP6494162 B2 JP 6494162B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
fiber
nanofiber
fibers
nanofibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014012756A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015140492A (ja
Inventor
哲男 日野
哲男 日野
一浩 山内
一浩 山内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2014012756A priority Critical patent/JP6494162B2/ja
Priority to US14/604,489 priority patent/US20150211175A1/en
Publication of JP2015140492A publication Critical patent/JP2015140492A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6494162B2 publication Critical patent/JP6494162B2/ja
Priority to US16/439,592 priority patent/US20190292699A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H5/00—Non woven fabrics formed of mixtures of relatively short fibres and yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H5/06—Non woven fabrics formed of mixtures of relatively short fibres and yarns or like filamentary material of substantial length strengthened or consolidated by welding-together thermoplastic fibres, filaments, or yarns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/26—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by applying the liquid or other fluent material from an outlet device in contact with, or almost in contact with, the surface
    • B05D1/265—Extrusion coatings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/06—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain multicolour or other optical effects
    • B05D5/065—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain multicolour or other optical effects having colour interferences or colour shifts or opalescent looking, flip-flop, two tones
    • B05D5/066—Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain multicolour or other optical effects having colour interferences or colour shifts or opalescent looking, flip-flop, two tones achieved by multilayers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02—Heat treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0069—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the spinning section, e.g. capillary tube, protrusion or pin
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/54—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties by welding together the fibres, e.g. by partially melting or dissolving
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2201/00—Polymeric substrate or laminate
    • B05D2201/02—Polymeric substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2256/00—Wires or fibres
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
    • Y10T428/2964—Artificial fiber or filament
    • Y10T428/2967—Synthetic resin or polymer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Description

本発明は繊維材料およびその製造方法に関し、より詳しくはナノファイバを被覆した繊維材料およびその製造方法に関する。
近年、比表面積の大きな材料として繊維材料が注目を浴びている。特に、繊維の表面加工に基づく高比表面積化およびそれらを用いた材料の開発が国内外で精力的に検討されてきている。
特許文献１には、芯繊維に、官能基が付与されたナノファイバを、高電圧を印加しつつ噴射して被覆した、比表面積の大きなフィルタ用の繊維材料が開示されている。ここでは、繊維の表面加工をナノファイバによる被覆によって行うことで高比表面積化が図られている。つまり、芯繊維となる細い繊維を巻きとりながら、該芯繊維にナノファイバを噴出させて製造した、ナノファイバを被覆した繊維材料（ナノファイバ被覆繊維材料）は、比表面積が大きい。よって、複数本の該ナノファイバ被覆繊維材料を、撚りをかけて収束して繊維束を形成し、この繊維束を、透過性の筒壁を有した筒体の外周に卷回して形成することで、ろ過性能が優れる糸巻き型フィルタが得られることが、開示されている。
特開２００９−２１９９５２号公報
しかしながら、特許文献１に記載されているナノファイバ被覆繊維材料は、芯繊維とそれを被覆しているナノファイバ、あるいは芯繊維同士が物理的に絡まって構成されている。そのために、下記の応用面での課題があった。第一に、ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性が低く、擦れなどの外的要因により、ナノファイバが容易に剥離・脱落し、繊維材料の比表面積が低下する。第二に、繊維材料の機械強度が低く、芯繊維同士が容易にほつれるために長期使用に不利である。
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性に優れ、機械強度が高い、ナノファイバを被覆した繊維材料およびその製造方法を提供するものである。
上記の課題を解決する繊維材料は、芯繊維であるポリマー繊維にポリマーナノファイバが被覆されて形成されたナノファイバ被覆ポリマー繊維が複数集まって構成された繊維膜であって、
前記ナノファイバ被覆ポリマー繊維は、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバとをエレクトロスピニング法により紡糸することによって得られたものであり、
前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバとは融着しており、前記繊維膜を構成している複数の前記ポリマー繊維は、少なくとも一部分で相互に融着した構造を有しており、
前記ポリマー繊維の平均直径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記ポリマーナノファイバの平均直径は１ｎｍ以上１μｍ未満であることを特徴とする。
上記の課題を解決する繊維材料の製造方法は、ポリマー材料からなる芯繊維であるポリマー繊維に、ポリマー材料からなるポリマーナノファイバを被覆させてナノファイバ被覆ポリマー繊維を得る紡糸工程と、
前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバを融着し、かつ、前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着する融着工程を有し、
前記紡糸工程は、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバとをエレクトロスピニング法により紡糸する工程を含み、
前記ポリマー繊維の平均直径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記ポリマーナノファイバの平均直径は１ｎｍ以上１μｍ未満であることを特徴とする。
本発明によれば、ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性に優れ、繊維材料の機械強度が高い、ナノファイバを被覆した繊維材料およびその製造方法を提供することができる。
本発明の繊維材料の一実施形態を示す概略図である。 本発明の繊維材料の製造方法の一実施形態を示す概略図である。 本発明の実施例５の繊維材料の光学顕微鏡写真である。
以下、本発明の実施形態を説明する。
（本発明に係る繊維材料について）
先ず、本発明に係る繊維材料について説明する。
本発明に係る繊維材料は、芯繊維であるポリマー繊維にポリマーナノファイバが被覆されて形成されたナノファイバ被覆ポリマー繊維が複数集まって構成された繊維材料であって、前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバが融着し、かつ前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維は少なくとも一部分で相互に融着した構造を有していることを特徴とする。
本発明における、芯繊維と芯繊維を被覆する被覆繊維のファイバの径は、各々平均直径が１μｍ以上５０μｍ以下、および１ｎｍ以上１μｍ未満であり、また芯繊維には従来公知のファイバ材料、例えば、カーボンファイバ材料や繊維材料を適宜単独あるいは組合わせて用いることが出来る。
本実施形態においては、繊維（ファイバ）のうち高分子で構成された平均直径が１μｍ以上５０μｍ以下のファイバをポリマー繊維と呼び、平均直径１ｎｍ以上１μｍ未満のものをナノファイバと呼び、特に高分子で構成された平均直径が１ｎｍ以上１μｍ未満のファイバをポリマーナノファイバ（略してポリマーファイバ）とも呼ぶ。
また、本発明の実施形態に係るファイバとは、そのファイバの太さよりも長さの方が長いものである。ファイバの断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、四角形、多角形，半円形などもよく，また正確な形状でなくてもよいし、任意の断面で形状が異なっていてもよい。
上記のファイバの太さ（径）とは、ファイバの断面が円柱状のものでは、その断面の円の直径のことを指すが、それ以外では、ファイバ断面における重心を通る最長直線の長さのことである。なお、ポリマーファイバの長さは太さの１０倍以上ある。
なお、ファイバからなる構造体は，その径が細くなるほど，比表面積が増すという特長があるため、ファイバ径が細いほど比表面積の高いファイバ材料が得られるため効果的である。加えて、直径がナノサイズのナノファイバでは、該ナノファイバ製造過程で、超分子配列効果と呼ばれる、微細空間でナノファイバに添加した添加物がファイバの長尺方向に揃ったり、またナノファイバが高分子の場合（ポリマーファイバ）では、高分子の分子鎖が揃ったりする効果があり、その結果、機械強度の強いファイバが得られる。
次に、本発明のポリマーナノファイバを被覆した繊維材料について、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の繊維材料の一実施形態を示す概略図である。図１（ａ）は一本のナノファイバ被覆ポリマー繊維の概略断面図、図１（ｂ）は繊維材料の斜視図を示す。図中、１はナノファイバ被覆ポリマー繊維、２はポリマー繊維、３はポリマーナノファイバ、４は繊維材料を示す。
本実施形態のナノファイバで被覆した繊維材料４は、必然的に表面に凹凸を有し、ナノファイバ被覆ポリマー繊維１で構成されるため、比表面積は高い。本発明の繊維材料におけるナノファイバ被覆ポリマー繊維１の一本は、ポリマー材料で少なくとも構成された芯繊維２の表面に、ポリマー材料で少なくとも構成されたポリマーナノファイバ３が融着されて構成されている。その結果、ポリマーナノファイバ３と芯繊維であるポリマー繊維２間の剥離耐性は高く、擦れなどの外的要因により、ポリマーナノファイバ３が容易に剥離・脱落し、繊維材料の比表面積が低下することはない。
なお、ナノファイバ被覆ポリマー繊維における比表面積および表面凹凸は、ポリマーナノファイバの被覆割合や被覆したポリマーナノファイバの本数等に依存するが、これらは所望の特性に合わせて適宜選択すればよい。
本発明の繊維材料において、任意の断面におけるナノファイバ被覆ポリマー繊維１の数や隣接間隔や積層数は、所望する繊維材料の特性に合わせて適宜選択することができる。例えば、図１（ｂ）においては、複数のナノファイバ被覆ポリマー繊維１がランダム状に配置され、且つナノファイバ被覆ポリマー繊維１は少なくとも一部分で相互に融着した構成を示してある。
つまり繊維材料４を形成している、これら隣接している複数のナノファイバ被覆ポリマー繊維は少なくとも一部分で相互に融着したことにより強固且つ柔軟なネットワークを形成している。その結果、本発明で得られる繊維材料は機械強度が高く、芯繊維同士が容易にほつれることがなく、長期使用に有利である。
以上のことから、本発明は、芯繊維であるポリマー繊維とポリマーナノファイバと間の剥離耐性、繊維材料の機械強度が高い、高比表面積を有する、ポリマーナノファイバを被覆した繊維材料を提供できる。
なお、本発明の繊維材料は、擦れなどの外的要因が加わっても長期に亘って使用可能な比表面積の高い繊維材料となり得ることから、例えば静電気発生装置や粒子電界選別装置における摩擦帯電材料として好適に利用することができる。
（芯繊維であるポリマー繊維について）
本発明における芯繊維であるポリマー繊維は、特に限定されるものでは無く、少なくともポリマー材料からなる繊維であればよく、有機ポリマーが好ましい。有機ポリマーとしては、従来公知の有機ポリマー材料を単独または組み合わせて適宜用いることが可能である。また、微粒子や従来公知のフィラーを含有したポリマー材料等であっても良く、またそれらを適宜組み合わせて構成することができる。
なお、本発明におけるポリマー繊維とは、少なくとも１種類以上のポリマーを有し、そのポリマー繊維の太さよりも長さの方が長いものである。
ポリマー繊維の太さは、被覆するポリマーナノファイバよりも太いことが好ましく、また平均直径が１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。さらに好ましい平均直径は１０μｍ以上５０μｍ以下である。
ポリマーナノファイバを被覆するためには芯繊維がポリマーナノファイバよりも細い場合には、製造上の観点から取り扱いづらく、また該芯繊維の外周面にポリマーナノファイバを上手く被覆することが困難となる場合がある。そのために、ポリマー繊維の太さは、被覆するポリマーナノファイバよりも太く、より好ましくは、少なくともポリマーナノファイバよりも１０％以上太いものであり、また平均直径が１μｍ以上であることが好ましい。
加えて、比表面積の高い繊維材料を得るためには、芯繊維に径の細いポリマーナノファイバを被覆することで、高い比表面積が得られ易い傾向があるため、ポリマー繊維の平均直径は５０μｍ以下であることが好ましい。
ポリマー繊維の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、四角形、多角形，半円形などもよく，また正確な形状でなくてもよいし、任意の断面で形状が異なっていてもよい。
なお、上記のポリマー繊維の太さとは、ポリマーファイバーの断面が円形のものでは、その断面の円の直径のことを指すが、それ以外では、ファイバー断面における重心を通る最長直線の長さのことである。なお、ポリマーファイバーの長さは太さの１０倍以上である。
本発明におけるポリマー繊維のポリマー材料は、少なくとも一部溶融可能で、かつ繊維状構造を形成する限りにおいて特に制限はなく、樹脂材料をはじめとする有機材料、シリカ、チタニア、粘土鉱物等の無機材料、或いは、前記有機材料と無機材料をハイブリッドさせた材料を用いても構わない。
上記ポリマー材料としては、例えば、テトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンの如き含フッ素系ポリマー、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やＰＶＤＦとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）や、ポリエチレン、ポリプロピレンの如きポリオレフィン系ポリマー；ポリスチレン（ＰＳ）；ポリパラフェニレンオキサイド、ポリ（２、６−ジメチルフェニレンオキサイド）、ポリパラフェニレンスルフィドの如きポリアリーレン類（芳香族系ポリマー）；ポリオレフィン系ポリマー、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアリーレン類（芳香族系ポリマー）に、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、または、ピリジニウム基を導入したもの；ポリテトラフルオロエチレン、含フッ素系のポリマーの骨格にスルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基、スルホニウム基、アンモニウム基、またはピリジニウム基を導入したパーフルオロスルホン酸ポリマー、パーフルオロカルボン酸ポリマー、パーフルオロリン酸ポリマー；ポリブダジエン系化合物；エラストマーやゲルの如きポリウレタン系化合物；シリコーン系化合物；ポリ塩化ビニル；ポリエチレンテレフタレート；ナイロン；ポリアリレート、さらには、生分解性のポリマーである、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）やポリ乳酸、さらにはポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）やポリブチレンオキシドなどのエーテル類、やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を始めとした、ポリエステル（ＰＥＳ）類を挙げることができる。なおこれらは単独あるいは複数を組み合わせて用いてもよく、また官能基化してもよいし、他のポリマーとの共重合体としてもよい。加えて、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）のような溶融させづらいポリマー材料の場合には、例えば、熱可塑性樹脂を組み合わせて使用すること等が可能となる。
上記無機材料としては、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ及びＺｎの酸化物、より具体的には以下の金属酸化物が挙げられる。シリカ（ＳｉＯ２）、酸化チタン、酸化アルミニウム、アルミナゾル、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化クロム等を挙げることができる。また、モントモリロナイト（ＭＮ）の様な粘土鉱物を用いることもできる。
なお、無機材料が該ポリマー繊維に含有されている場合には、該繊維同士を融着させることにより、機械的強度が著しく向上する傾向があるため、耐久性の向上の観点からは好ましい。
本発明において、ポリマー繊維がポリマーナノファイバを構成するポリマー材料を少なくとも含んでいる場合には、お互いの相溶性が高く、該繊維同士を強固に融着させられる傾向がある。
なお、本発明における「前記ポリマー繊維が前記ポリマーナノファイバを構成するポリマー材料を少なくとも含んでいる」とは、前記ポリマー繊維に前記ポリマーナノファイバを構成する同種の骨格構造から形成されるポリマー材料が少なくとも含まれていればよく、全く同じポリマー材料である必要はない。
上記のような材料構成とすることで、本発明における繊維材料の機械的強度が著しく向上する傾向があるため、耐久性の向上の観点からは好ましい。
また、前記ポリマー繊維を形成するポリマー材料の溶融温度（融点：Ｔｍ１）が、前記ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のＴｍ２よりも低く、その差が大きい場合には、ポリマー繊維とそれを被覆するポリマーナノファイバとの融着を、ポリマー繊維側を優先的に溶融して融着させることが可能になる。つまり、ポリマーナノファイバの形状（凹凸）を維持し、ポリマーナノファイバの被覆に基づく繊維材料における比表面積の増大効果を発揮させ易くなるため好適である。
ここで、ポリマー繊維とポリマーナノファイバとの融点の温度差（Ｔｍ２−Ｔｍ１）は５℃以上、好ましくは３０℃以上あることが、温度コントロールの観点から好適である。つまり、温度差が５℃未満である場合には、ポリマーナノファイバの形状が維持しづらい傾向がある。
また、ポリマー繊維を形成するポリマー材料の融点（Ｔｍ）が、ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のガラス転移点（Ｔｇ）以下である場合には、融着工程時にポリマーナノファイバの形状を極めて維持させやすいためより好適である。
なお、本発明においてポリマー繊維あるいはポリマーナノファイバが各々複数のポリマー材料から形成される場合には、該複合材料のＴｍならびにＴｇとは、それら各々のＴｍならびにそれら各々のＴｇのうち低い方の値を示す。
ポリマー繊維は、融着工程の取り扱い易さの観点から、シャープメルト性の高い材料を少なくとも有することも好ましい。シャープメルト性の高い材料としては、従来公知のものを適宜単独ならびに複数を組み合わせて用いることができ、例えば、ホットメルト剤やローメルト剤を好適に用いることも可能である。具体的には、ホットメルト剤としては、ＰＥＳ３１０Ｓ３０、ＰＥＳ３６０Ｓ３０、ＰＥＳ３７５Ｓ４０（以上、東亜合成社製）や３７３８、３７４７、３７６２、３７６４（以上、３Ｍ社製）など、またローメルト剤としては３７６２ＬＭ、３７７６ＬＭ、３７９２ＬＭ、３７９８ＬＭ（以上、３Ｍ社製）などを適宜単独もしくは組み合わせて使用することが出来る。
（被覆繊維であるポリマーナノファイバについて）
本発明における被覆繊維であるポリマーナノファイバの材料は、特に限定されるものでは無く、少なくともポリマー材料からなる繊維であればよく、有機ポリマーが好ましい。有機ポリマーとしては、従来公知のポリマー材料を適宜用いることが可能である。また、微粒子や従来公知のフィラーを含有したポリマー材料等であっても良く、またそれらを適宜組み合わせて構成することができる。
なお、本発明の実施形態に係るポリマーナノファイバとは、少なくとも１種類以上のポリマーを有し、そのポリマーナノファイバの太さよりも長さの方が長いものである。
ポリマーナノファイバとしては、芯繊維であるポリマー繊維よりも細いことが好ましく、また特に、芯繊維に被覆して比表面積を増大させるとの観点からは、該ポリマーナノファイバの太さは、平均直径が１ｎｍ以上１μｍ未満であることが好ましい。さらに好ましくは平均直径３０ｎｍ以上１μｍ未満である。
芯繊維の外周面にポリマーナノファイバを被覆するためには、ポリマーナノファイバが芯繊維よりも太い場合には、製造上の観点から取り扱いづらく、ポリマーナノファイバをまた該芯繊維の外周面に被覆することが困難となる場合がある。よって、芯繊維であるポリマー繊維よりも細く、平均直径が１μｍ未満であることが好ましく、より詳しくは、少なくともポリマー繊維よりも１０％以上細いものが好ましい。
また、平均直径が１ｎｍ未満のポリマーナノファイバは一般的に、セルフアッセンブリー法、フェイズ・セパレーション法などの特殊な手法で製造する必要があり、大量に製造するにはコストがかかる傾向にある。よって、ポリマーナノファイバの太さは１ｎｍ以上が好ましい。
ポリマーナノファイバの断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、四角形、多角形，半円形などもよく，また正確な形状でなくてもよいし、任意の断面で形状が異なっていてもよい。
上記のポリマーナノファイバの太さとは、該ナノファイバの断面が円形のものでは、その断面の円の直径のことを指すが、それ以外では、該ポリマーナノファイバ断面における重心を通る最長直線の長さのことである。なお、ポリマーナノファイバの長さは太さの１０倍以上である。
本発明に係るポリマーナノファイバに用いられるポリマー材料としては、上述したポリマー繊維として用いるポリマー材料との関係からの制約以外の制約は特になく、上記ポリマー繊維のポリマー材料を適宜使用することができる。
また、ポリマー繊維を被覆するポリマーナノファイバが、前記ポリマー繊維を構成するポリマー材料を少なくとも含んでいることが好ましい。
なお、融着工程におけるポリマーナノファイバの形状を維持する観点から、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）のような溶融させづらいポリマー材料を、例えば熱可塑性樹脂などと組み合わせずに、単独で使用することも好適である。つまり、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）などはエンジニアリングプラスチックと呼ばれ、一般的な熱可塑性のポリマー材料のＴｍよりも高いＴｇを有するために、これらを用いた場合には、融着工程において、ポリマーナノファイバの形状を維持させ易い傾向があり好適である。
（ポリマー繊維に被覆されるポリマーナノファイバの被覆量）
芯繊維であるポリマー繊維に被覆されるポリマーナノファイバの被覆量は、望みの性能に応じて適宜調整すればよいが、例えばポリマー繊維１００重量部に対して１重量部以上９５重量部以下、好ましくは５重量部以上９０重量部以下が望ましい。ポリマーナノファイバが１重量部未満では、比表面積の増加が大きくならない場合があり好ましくない。またポリマーナノファイバが９５重量部をこえるとポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着することが出来ない場合があり好ましくない。
（本発明に係る繊維材料の製造方法について）
次に、本発明に係る繊維材料の製造方法について説明する。
本発明に係る繊維材料の製造方法は、ポリマー材料からなる芯繊維であるポリマー繊維に、ポリマー材料からなるポリマーナノファイバを被覆させてナノファイバ被覆ポリマー繊維を得る紡糸工程と、前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバを融着し、かつ前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着する融着工程を有することを特徴とする。
本発明に係る繊維材料の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、エレクトロスピニング法（電界紡糸法・静電紡糸法）により、ポリマー繊維とポリマーナノファイバを複合紡糸した後にオーブンで加熱して繊維同士およびポリマーナノファイバとポリマー繊維を融着させる方法や該エレクトロスピニング法単独での複合紡糸ではなく、エレクトロスピニング法とメルトブロー法などをと組み合わせて複合して用いても良い。
なお、エレクトロスピニング法とは，シリンジに入ったポリマー溶液とコレクター電極間に高電圧を印可印加することで，シリンジから押出された溶液が電荷を帯びて電界中に飛散しで細線化し，ポリマーファイバーとなってコレクターに付着するポリマーファイバーの製造方法である。
上記の製造方法のなかで、様々なポリマーに対してファイバー形状に紡糸できること、またファイバー形状のコントロールが比較的簡便であり、平均直径が数十μｍからナノサイズのファイバーを容易に得ることができること、さらには製造プロセスが簡便であることから、エレクトロスピニング法で複合紡糸することが好ましい。
本発明の一実施形態である、エレクトロスピニング法によるポリマー繊維ならびにポリマーナノファイバの複合紡糸による紡糸工程については、図２を用いて説明する。
図２は、本発明の繊維材料の製造方法の一実施形態を示す概略図である。特に、本発明のナノファイバ被覆ポリマー繊維の製造手法の一例である、エレクトロスピニング法を用いた複合紡糸を示す概略図である。
図２に示すように、高圧電源１６に繋がれた接続部１１を介して、複数のポリマー溶液の貯蔵タンク１２、１３、１４が配置されたヘッド１７およびアースされたコレクター１５を用いて行う。１０は繊維材料の製造装置を示す。
ポリマー溶液はタンク１２、１３、１４から紡糸口２２，２３、２４まで一定の速度で押し出される。各紡糸口２２，２３、２４には、１から５０ｋＶの電圧が印加されており、電気引力がポリマー溶液の表面張力を越える時、ポリマー溶液のジェット１８，１９、２０がコレクター１５に向けて噴射される。この時、ジェット中の溶媒は徐々に揮発し、コレクターに到達する際には、対応する繊維が得られる。ここで、タンク１２、１３にポリマーナノファイバ化される条件に設定したポリマー溶液を導入し、一方、タンク１４にはポリマー繊維化される条件に設定したポリマー溶液を導入して、複合紡糸する。
ここでは、ポリマー溶液でなく、融点以上に加熱した溶融ポリマーを利用してもよい。
なお、ポリマーナノファイバやポリマー繊維は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）やレーザー顕微鏡測定による直接観察により確認できる。
またポリマーナノファイバやポリマー繊維の平均ファイバー径（平均直径）は、該当する複合繊維膜を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測定し、その画像を画像解析ソフト「Ｉｍａｇｅ Ｊ」に取り込んだ後、任意の５０点のポリマーナノファイバやポリマー繊維の幅を計測することで求めることができる。
（ポリマーナノファイバとポリマー繊維ならびにポリマー繊維同士の融着工程）
本発明における、「前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバを融着し」、あるいは、「前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着する」とは、少なくともポリマー繊維が軟化し、被覆しているポリマーナノファイバあるいは、隣接するポリマー繊維と接着し、その接着境界部が面状であったり、接着境界がなくなっていたりする状態のことをいう。
また、上記融着工程は特に限定されず、熱融着、超音波融着、摩擦融着に加え、熱圧着による融着（ホットプレス）であってもよいが、取り扱いの容易さから熱融着が好ましい。熱融着の方法としては、特に限定はなく、例えばホットプレスする方法や、工業用ドライヤーやオーブンなどにより加熱することで融着させる方法や、ヒータで一度加温させた後オーブンでさらに後加熱して、融着させる方法などを好適に用いることができる。この中で、オーブンを用いて融着させる手法は、材料全体の温度をムラなく、均一にし易いため、特に好適に用いることができる。
融着の温度は、上記ポリマー材料の分解温度以下であれば特に限定されるものではなく、上述したように、用いるポリマー材料や所望する繊維材料等に応じて適宜選択すればよく、例えば、加熱温度は、３０から２５０℃であることが好ましく、さらには、少なくともポリマー繊維あるいはポリマー繊維とポリマーナノファイバ両方の融点付近であることが好適である。また上述したように、融着の温度が、ポリマー繊維を形成するポリマー材料の融点（Ｔｍ）以上で、かつポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のガラス転移点（Ｔｇ）以下である場合には、ポリマーナノファイバの形状を維持させ易いため極めて好適である。加熱時間は、０．１分から６０分が好ましい。
「ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバとの融着」、ならびに「ポリマー繊維同士の融着（ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着していること）」の確認方法は、融着工程前後で、レーザー顕微鏡あるいは電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた直接観察において確認することが出来る。
つまり上述したように、本発明におけるポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着している、つまりポリマー繊維同士の少なくとも一部分での融着とは、ポリマー繊維が軟化し、隣接するポリマー繊維と接着し、その接着境界部が面状であったり、接着境界がなくなっていたりする状態のことをいう。よって、ポリマー繊維あるいはポリマーナノファイバが軟化し、隣接するポリマー繊維同士あるいはポリマー繊維とそれを被覆しているポリマーナノファイバとが接着し、その接着境界部が面状であったり、接着境界がなくなっていたりする状態が観察されれば、これらが融着されていると確認できる。
図３には、本発明に係るポリマーナノファイバとポリマー繊維ならびにポリマー繊維同士の融着を示す例として、実施例５のナノファイバ被覆ポリマー繊維材料の光学顕微鏡写真を示す。図３では、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）から形成される平均直径が約７００ｎｍのポリマーナノファイバが、ポリエステル系材料（ＰＥＳ）から形成される平均直径が約３５μｍのポリマー繊維の表面に融着して被覆されていること、さらには、隣り合うポリマー繊維が相互に少なくとも一部融着した構造となっていることが確認できる。
（ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバとの融着度合いの評価）
本発明における、ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの融着度合いの評価は、製造した繊維材料の両面に粘着テープ（ＮＩＣＨＩＢＡＮ ＣＯ．，ＬＴＤ．：ＣＴ−１８，０．４０１ Ｎ／ｍｍ）を張り合わせ、インストロンテスター（Ｓｈｉｍａｄｚｕ：ＥＺ−ｔｅｓｔ）を用いて垂直に引き剥がす簡易テープ剥離試験を用いて行った。
つまり、繊維材料表面における任意の１０点（観察点）をあらかじめマーキングし、該観察点における簡易テープ剥離試験の前後におけるポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの剥離程度を、レーザー顕微鏡によって観察し、下記のＡからＣの三段階で評価した。
Ａ：すべての観察点において、ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの剥離が観察されない。
Ｂ：１から４点の観察点において、ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの剥離が観察される。
Ｃ：５点以上の観察点において、ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバの剥離が観察される。
なお、Ａ≫Ｂ＞Ｃの順に融着度合いが高く、その結果ポリマーナノファイバとポリマー繊維間の剥離耐性が高い。よって、Ａ≫Ｂ＞Ｃの順に、擦れなどの外的要因により、ポリマーナノファイバが容易に剥離・脱落し、繊維材料の比表面積が低下することのないポリマーナノファイバ被覆ポリマー繊維材料が得られる。
（ポリマー繊維同士の融着度合いの評価）
ナノファイバ被覆ポリマー繊維材料における、ポリマー繊維同士の融着による繊維材料の機械強度向上の確認は、融着工程前後での対応する繊維材料のヤング率を測定することで容易に行うことが可能である。
本発明における、ポリマー繊維同士の融着度合いの評価は、融着工程前後での繊維材料の機械強度変化を、島津社製オートグラフ（ＡＧ−Ｘｐｌｕｓ）を用いた引っ張り特性測定を用いて行う。
具体的には、融着工程後のサンプルにおいて、ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着していることを、レーザー顕微鏡あるいは電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた直接観察により確認する。その後、ポリマーナノファイバが物理的に被覆されているだけの状態の繊維材料のヤング率と、融着工程後のサンプルのヤング率を測定し、そのヤング率の増加割合を算出する。
なお、ヤング率の増加割合が高いほど、ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着している融着度合いが高く、その結果、繊維材料の機械強度が向上するため、長期に亘って使用することが可能となる。
（融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の評価）
本発明における、融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の評価は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて行うことが出来る。
つまり、融着工程前後の繊維材料を、ＳＥＭを用いて観察し、それらの画像を画像解析ソフト「Ｉｍａｇｅ Ｊ」に取り込んだ後、前記融着工程前後の繊維材料の厚み方向に垂直な方向（上面）から任意の５０点のポリマーナノファイバの繊維幅を各々計測し、融着前後での該繊維幅を比較することでポリマーナノファイバの形状変化割合を算出する。そしてその結果を基に、該形状変化割合の程度を下記のＩからＩＩＩの三段階で評価した。
Ｉ：すべての観察点において、ポリマーナノファイバの変化が観察されない。
ＩＩ：ポリマーナノファイバの変化が僅かに（＋５から＋１０％以内）観察される。
ＩＩＩ：ポリマーナノファイバの変化が極めて大きく（＋１０％よりも大きい）観察される。
以下、本発明の実施例について説明する。なお、実施例２は、参考例である。
なお、以下に本発明の実施例を詳細に説明するが、これらは例示にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の技術には、以下に例示する具体例を様々に変形、変更したものも含まれる。
＜実施例１＞
本実施例は，ポリマー繊維がポリカプロラクトン（ＰＬＣ）から形成され、ポリマーナノファイバがポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）から形成された繊維材料である。繊維材料の製造は以下のように行う。
まず、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ、重量平均分子量８００００、アルドリッチ社製）と、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）とＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）を６：４（体積比）で混合した溶液を用いて、８ｗｔ％に調整したＰＣＬ希釈液Ａ、１ｍＬを用いる。ポリエチレンオキサイド（アルドリッチ社製）を、純水を用いて、６ｗｔ％に調整したＰＥＯ希釈液Ｂ、２ｍＬを用いる。
次に、エレクトロスピニング法により、これらの希釈液を同時に噴射し、複合紡糸することで、芯繊維であるＰＬＣのポリマー繊維に、ＰＥＯからなるポリマーナノファイバが物理的に被覆されたナノファイバ被覆ポリマー繊維を得る。
すなわち、まずエレクトロスピニング装置（メック社製）に、複数の溶液が紡糸可能であるヘッド（クリップスピナレット、図２参照）を備え付ける。
次に該ヘッドの中心に、ＰＣＬ希釈溶液Ａを充填したタンクを、また両端にはＰＥＯ希釈溶液Ｂを充填したタンクをそれぞれ備え付ける。そして紡糸口に１９ｋＶの電圧を印加しながら左右に５０ｍｍ／ｓで移動させることで、それぞれの希釈溶液をコレクターに向けて噴射する。そして１５分噴射することにより、ＰＣＬのポリマー繊維に、ＰＥＯのポリマーナノファイバが被覆されたナノファイバ被覆ポリマー繊維を得ることができる。
その後、得られたナノファイバ被覆ポリマー繊維をガラスプレートで挟持した後、オーブンに入れ６５℃、０．５分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着した繊維材料が得られる。
このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径１８μｍであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径６５０ｎｍである。
＜実施例２＞
本実施例は、実施例１の変形であり、ポリマー繊維やポリマーナノファイバの材料を変化させ、また下記条件を変化させた以外は実施例１と同様に製造した。
ポリマー繊維の材料として、ポリスチレン（ＰＳ、重量平均分子量２８００００、アルドリッチ社製）およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、重量平均分子量１００００、アルドリッチ社製）の混合物（体積比で９：１）を、ＤＭＦを用いて３０ｗｔ％溶液に調整したＰＳ／ＰＥＴ希釈溶液Ｃ、１ｍＬを用いる。また、ポリマーナノファイバの材料として、ＰＥＴをジクロロメタン（ＤＣＭ）とトリフルオロ酢酸（ＴＡ）を１：１（体積比）で混合した溶液を用いて１３ｗｔ％に調整したＰＥＴ希釈溶液Ｄ、２ｍＬを用いる。
なお、紡糸口への電圧の印加は２２ｋＶで行う。また、融着工程はオーブンで２６０℃、０．５分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着した繊維材料が得られる。
このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径１．５μｍであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径３００ｎｍである。
＜実施例３＞
本実施例は、実施例１の変形であり、ポリマー繊維やポリマーナノファイバの材料を変化させ、また下記条件を変化させた以外は実施例１と同様に製造した。
ポリマー繊維の材料として、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）（カイナー２７５０、カイナー社製）を、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）を用いて、１０ｗｔ％溶液に調整したＰＶＤＦ−ＨＦＰ希釈溶液Ｅ、１ｍＬを用いる。
また、ポリマーナノファイバの材料としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、カイナー４６０、カイナー社製）とモンモリロナイト（ＭＮ、ナノクレイ、アルドリッチ社製）との混合物を用いた。該混合物は下記の手順で製造した。
フィラーであるモンモリロナイト（ＭＮ）１０ｍｇと、有機溶剤（ＤＭＡｃ）１ｍＬを容器に入れる。粒径２ｍｍのジルコニアボールを容器の容量の１／３まで加え、ボールミル機（フリッチュ社製、遊星型微粒粉砕機）を用いて、２００ｒｐｍ／３０分間の条件で分散処理を行う。次いで、母材であるＰＶＤＦ２００ｍｇをＤＭＡｃ２ｍＬに溶解させた溶液を加え、更に５００ｒｐｍ／６０分間の条件で分散処理を行った。このようにして、ポリマーナノファイバの材料である、ＰＶＤＦ−ＭＮ希釈混合溶液Ｅ、２ｍＬを用意する。
なお、紡糸口への電圧の印加は１８ｋＶで行う。また、融着工程はオーブンで１５５℃、０．５分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマー繊維が少なくとも一部分で相互に融着した繊維材料が得られる。
このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径２０μｍであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径２２０ｎｍである。
＜実施例４＞
本実施例は、実施例１の変形であり、ポリマー繊維やポリマーナノファイバの材料を変化させ、下記条件を変化させた以外は実施例１と同様に製造した。
ポリマー繊維の材料は次のようにして調整する。
容器の中に、熱可塑性ポリエステル系ホットメルト材料（ＰＥＳ、アロンメルトＰＥＳ３７５Ｓ４０、東亜合成社製、固形分量４０ｗｔ％、溶媒（トルエン：ＭＥＫ＝８：２））１０重量部に、シリカ粒子（ＳｉＯ２，ナノパウダー 平均粒径１０から２０ｎｍ、アルドリッチ社製）を０．１ｗｔ％添加して混合する。次に粒径２ｍｍのジルコニアボールを容器容量の１／３まで加え、ボールミル機（フリッチュ社製、遊星型微粒粉砕機）を用いて、５００ｒｐｍ／３０分間の条件で分散処理を行い、ＰＥＳ−ＳｉＯ２希釈混合溶液Ｅ、１ｍＬを用意する。
また、ポリマーナノファイバの材料としては、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ、アルドリチ社製）を４ｗｔ％の塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を溶解させたＤＭＡｃ溶液に２０ｗｔ％となるように調整した、ＰＢＩ希釈溶液Ｆ、２ｍＬを用いる。
なお、紡糸口への電圧の印加は２３ｋＶで行う。また、融着工程はオーブンンで１３０℃、１分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマーナノファイバ被覆ポリマー繊維が融着した繊維材料が得られる。
このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径４０μｍであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径１５０ｎｍである。
＜実施例５＞
本実施例は、実施例１の変形であり、ポリマー繊維やポリマーナノファイバの材料を変化させ、下記条件を変化させた以外は実施例１と同様に製造した。
ポリマー繊維の材料は熱可塑性ポリエステル系ホットメルト材料（ＰＥＳ、アロンメルトＰＥＳ３７５Ｓ４０、東亜合成社製、固形分量４０ｗｔ％、溶媒（トルエン：ＭＥＫ＝８：２））、１ｍＬを用意する。
ポリマーファイバーの材料としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ、パイロマックスＨＲ−１３ＮＸ）をＤＭＦを用いて、固形分濃度を２５ｗｔ％にしたものを用いた。
なお、紡糸口への電圧の印加は１９ｋＶで行う。また、融着工程はオーブンンで１３０℃、１分加熱処理し、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバが融着し、且つ隣り合った該ポリマーナノファイバ被覆ポリマー繊維が融着した繊維材料が得られる。
このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径３５μｍであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径７００ｎｍである。図３に、本発明の実施例５の繊維材料の光学顕微鏡写真を示す。図３の中の「１」で示す２点間の長さは、３３μｍである。
＜比較例１＞
本比較例は、実施例１の変形であり、実施例１における融着工程を行わずに製造した以外は実施例１と同様に繊維材料を製造した。
このようにして得られた繊維材料におけるポリマー繊維の太さは平均直径９μｍであり、ポリマーナノファイバの太さは平均直径５００ｎｍである。
下記の表１に実施例および比較例において用いたポリマー材料の融点（Ｔｍ）およびガラス転移点（Ｔｇ）を示す。
（繊維材料の性能評価）
実施例１から５における繊維材料は，ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバが融着し、かつ繊維材料を形成している複数のポリマー繊維は相互に融着した構造になっていることがＳＥＭにより観察された。
ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性を、上述のテープ剥離試験による「ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバとの融着度合いの評価」により検討した。
繊維材料の機械強度は、引っ張り強度試験による「ポリマーナノファイバ被覆ポリマー繊維同士の融着度合いの評価」により検討した。
また、ポリマーナノファイバを被覆することで、比表面積の大きな繊維材料が得られるが、被覆しているポリマーナノファイバが融着前後で維持されていること（ナノファイバ被覆ポリマー繊維の凹凸の維持）を、上述の「融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の評価」により検討した。
下記の表２には、実施例ならびに比較例における、用いた材料、剥離試験結果、強度増加割合、および融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の程度の結果を示す。
〔ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバとの融着度合いの評価〕
実施例１から５と比較例１の結果から、実施例１から５では、ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバを融着させることで、テープ剥離試験において、全く（Ａ）もしくは極めて僅か（Ｂ）しかポリマーナノファイバが剥がれず、ナノファイバと芯繊維間の剥離耐性の著しい性能向上が確認出来る。
特に、実施例１と比較例１から、同一のポリマー繊維／ポリマーナノファイバ材料系においても、ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバが融着させられることで、テープ剥離試験において、著しい性能向上が行えることが確認（Ｃ→Ｂ）出来る。
加えて、実施例２および実施例３から、ポリマー繊維の材料およびポリマーナノファイバの材料に同じポリマー材料（ポリマー材料を構成する構造が同じ）が含有されていれば、ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバを融着させることで、テープ剥離試験において、全くポリマーナノファイバが剥がれず（Ａ）、ポリマーナノファイバと芯繊維間の剥離耐性の著しい性能向上が行えることが確認出来る。
よって、本発明における繊維材料は、ポリマーナノファイバと芯繊維間の剥離耐性が高いことが分かる。つまり、擦れなどの外的要因により、ポリマーナノファイバが容易に剥離・脱落し、繊維材料の比表面積が低下することはない。
〔ポリマー繊維同士の融着度合いの評価〕
実施例１から５の繊維材料を形成している複数のポリマー繊維は相互に融着した構造になっていることで、融着前後で、引っ張り強度が数倍に向上し、繊維材料の機械強度が著しく高く向上することが確認できる。
なお、無機フィラー（ＭＮ、ＳｉＯ２）やエンジニアリングプラスチック（ＰＢＩ、ＰＡＩ）の材料を用いて繊維材料を構成した場合には、融着工程前後で大きな機械強度の向上を示す傾向も確認できた（実施例３から５）。
よって、本発明における繊維材料の機械強度が高いことが分かる。つまり、芯繊維同士が容易にほつれることがなく、長期使用に有利である。
〔融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状変化の評価〕
実施例１から３の結果から、ポリマー繊維を形成するポリマー材料の融点（Ｔｍ１）が、ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料の融点（Ｔｍ２）よりも低く、その温度差（Ｔｍ２−Ｔｍ１）が５℃以上（実施例１：ＰＣＬ（Ｔｍ１：６０℃）、ＰＥＯ（Ｔｍ２：６５℃））の場合で融着工程前後でのポリマーナノファイバの形状が良好に維持（ＩＩ）されることが分かる。
また、実施例２と実施例３の結果から、該温度差（Ｔｍ２−Ｔｍ１）が３０℃以上ある（実施例２：ＰＳ（Ｔｍ１：２３０℃）、ＰＥＴ（Ｔｍ２：２６０℃）、実施例３：ＰＶＤＦ−ＨＦＰ（Ｔｍ１：１３０℃）、ＰＶＤＦ（Ｔｍ２：１６０℃））場合には、変化割合が１０％未満と低くなることも確認できる。
また、実施例４と実施例５の結果から、ポリマー繊維を形成するポリマー材料のＴｍ１が、前記ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のガラス転移点（Ｔｇ）以下の場合（実施例４：ＰＥＳ（Ｔｍ１：１３０℃）、ＰＢＩ（Ｔｇ：４７３℃）、実施例５：ＰＥＳ（Ｔｍ１：１３０℃）、ＰＡＩ（Ｔｇ：２９０℃））には、融着工程時にポリマーナノファイバの形状が維持できることが確認できる。
また、前記ポリマー繊維を形成するポリマー材料の溶融温度（融点：Ｔｍ１）が、前記ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のＴｍ２よりも低く、その差が大きい場合には、ポリマー繊維とそれを被覆するポリマーナノファイバとの融着を、ポリマー繊維側を優先的に溶融して融着させることが可能になる。
よって、本発明によって、ポリマーナノファイバの形状（凹凸）を維持しつつ、ポリマー繊維と、該ポリマー繊維を被覆しているポリマーナノファイバを融着させた繊維材料が製造できるため、ポリマーナノファイバの被覆に基づく比表面積の増大効果を発揮させ易い。
以上の各実施例で示したように、本発明の構成により、ポリマーナノファイバと芯繊維のポリマー繊維間の剥離強度ならびに繊維材料の機械強度が高い、高比表面積を有する、ナノファイバを被覆した繊維材料を提供することができる。
本発明のナノファイバを被覆した繊維材料は、擦れなどの外的要因が加わっても長期に亘って使用可能な比表面積の高い繊維材料となり得ることから、例えば静電気発生装置や粒子電界選別装置における摩擦帯電材料として利用することができる。
１ ナノファイバ被覆ポリマー繊維
２ ポリマー繊維
３ ポリマーナノファイバ
４ 繊維材料

Claims (5)

  1. 芯繊維であるポリマー繊維にポリマーナノファイバが被覆されて形成されたナノファイバ被覆ポリマー繊維が複数集まって構成された繊維膜であって、
    前記ナノファイバ被覆ポリマー繊維は、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバとをエレクトロスピニング法により紡糸することによって得られたものであり、
    前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバとは融着しており、前記繊維膜を構成している複数の前記ポリマー繊維は、少なくとも一部分で相互に融着した構造を有しており、
    前記ポリマー繊維の平均直径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記ポリマーナノファイバの平均直径は１ｎｍ以上１μｍ未満であることを特徴とする繊維膜。
  2. 前記ポリマー繊維を被覆する前記ポリマーナノファイバが、前記ポリマー繊維を構成するポリマー材料を少なくとも含んでいることを特徴とする請求項１に記載の繊維膜。
  3. 前記ポリマー繊維を形成するポリマー材料の融点が、前記ポリマーナノファイバを形成するポリマー材料のガラス転移点下であることを特徴とする請求項１または２に記載の繊維膜。
  4. ポリマー材料からなる芯繊維であるポリマー繊維に、ポリマー材料からなるポリマーナノファイバを被覆させてナノファイバ被覆ポリマー繊維を得る紡糸工程と、
    前記ポリマー繊維と、前記ポリマー繊維を被覆している前記ポリマーナノファイバを融着し、かつ、前記繊維材料を形成している複数のポリマー繊維を少なくとも一部分で相互に融着する融着工程を有し、
    前記紡糸工程は、該ポリマー繊維と該ポリマーナノファイバとをエレクトロスピニング法により紡糸する工程を含み、
    前記ポリマー繊維の平均直径は１０μｍ以上５０μｍ以下であり、前記ポリマーナノファイバの平均直径は１ｎｍ以上１μｍ未満であることを特徴とする繊維膜の製造方法。
  5. 前記融着工程は、熱融着、超音波融着、摩擦融着または熱圧着による融着により行うことを特徴とする請求項４に記載の繊維膜の製造方法。
JP2014012756A 2014-01-27 2014-01-27 繊維材料およびその製造方法 Active JP6494162B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014012756A JP6494162B2 (ja) 2014-01-27 2014-01-27 繊維材料およびその製造方法
US14/604,489 US20150211175A1 (en) 2014-01-27 2015-01-23 Fiber material and method for manufacturing the same
US16/439,592 US20190292699A1 (en) 2014-01-27 2019-06-12 Fiber material and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014012756A JP6494162B2 (ja) 2014-01-27 2014-01-27 繊維材料およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015140492A JP2015140492A (ja) 2015-08-03
JP6494162B2 true JP6494162B2 (ja) 2019-04-03

Family

ID=53678500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014012756A Active JP6494162B2 (ja) 2014-01-27 2014-01-27 繊維材料およびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (2) US20150211175A1 (ja)
JP (1) JP6494162B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101936571B1 (ko) * 2016-05-27 2019-01-09 (주)우리엠엔에스 나노섬유 필터를 이용한 방진망
US9915026B2 (en) * 2016-06-23 2018-03-13 Heedae Park Core-free thermoplastic polyurethane yarn formed with masterbatch and method for manufacturing same
US9915027B2 (en) * 2016-06-23 2018-03-13 Heedae Park Core-free thermoplastic polyurethane yarn formed with resin and method for producing same
CN107785519A (zh) * 2016-08-29 2018-03-09 比亚迪股份有限公司 一种聚合物复合膜及其制备方法以及包括其的锂离子电池
WO2018099910A1 (en) 2016-11-29 2018-06-07 Advanced Materials Design & Manufacturing Limited Process for making hybrid (fiber-nanofiber) textiles through efficient fiber-to-nanofiber bonds comprising novel effective load-transfer mechanisms
CN111519354A (zh) * 2020-04-21 2020-08-11 同济大学 基于静电纺的高导热相变储能材料及其制备方法
CN113265770B (zh) * 2021-04-07 2022-05-10 广东工业大学 一种具有核-壳结构的多孔多尺度纤维制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006144172A (ja) * 2004-11-19 2006-06-08 Takeuchi Kogyo Kk 布帛の製造方法および布帛の製造装置
DE102007043946A1 (de) * 2007-09-14 2009-03-19 Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. Faserverbünde und deren Verwendung in Vakuumisolationssystemen
JP2009150005A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Kuraray Co Ltd 繊維状構造物およびその用途ならびに製造方法
US20090266759A1 (en) * 2008-04-24 2009-10-29 Clarcor Inc. Integrated nanofiber filter media
JP4964845B2 (ja) * 2008-08-26 2012-07-04 パナソニック株式会社 ナノファイバーの合糸方法及び装置
US20100144228A1 (en) * 2008-12-09 2010-06-10 Branham Kelly D Nanofibers Having Embedded Particles
US8778253B2 (en) * 2009-11-30 2014-07-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Process for producing fiber composite material
JP5627912B2 (ja) * 2010-03-31 2014-11-19 国立大学法人信州大学 「高分子ナノ繊維からなる糸」の製造方法
JP2012001865A (ja) * 2010-06-21 2012-01-05 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 繊維状複合材料及びその製造方法、並びに繊維状複合材料を用いた繊維部材及び機能性デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
US20190292699A1 (en) 2019-09-26
JP2015140492A (ja) 2015-08-03
US20150211175A1 (en) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6494162B2 (ja) 繊維材料およびその製造方法
Raghavan et al. Electrospun polymer nanofibers: The booming cutting edge technology
JP6362067B2 (ja) ポリマーナノファイバシート及びその製造方法
JP6489750B2 (ja) ポリマーナノファイバ構造体の製造方法
Abbasipour et al. Nanofiber bundles and yarns production by electrospinning: A review
US20020100725A1 (en) Method for preparing thin fiber-structured polymer web
US11136695B2 (en) Methods and devices for multi-layer nanofibers
CN106898718B (zh) 一种聚合物复合膜及其制备方法、锂离子电池
Kianfar et al. Electrospinning of fluorinated polymers: current state of the art on processes and applications
US9522352B2 (en) Nanofiber structural body and collecting apparatus using the nanofiber structural body, and method of producing the nanofiber structural body
JP6395412B2 (ja) ポリマーナノファイバ構造体とこれを用いたポリマーナノファイバ複合体、及びこれらの製造方法
CN106898814B (zh) 一种聚合物复合膜及其制备方法、锂离子电池
Ali et al. Electrospinning of continuous nanofiber bundles and twisted nanofiber yarns
US20160296874A1 (en) Nanofiber sheet and method of producing the sheet
US10106923B2 (en) Extra-fine fiber sheet
JP2016079541A (ja) ポリマーナノファイバシート及びその製造方法
JP5940092B2 (ja) フッ素樹脂繊維を含んでなるフッ素樹脂系シートおよびその製造方法
JP6525534B2 (ja) 多孔質積層体
KR102304596B1 (ko) 고분자량 및 저분자량 미세 섬유와 ｔｐｕ 미세 섬유
KR20120126912A (ko) 박막형 미세다공성 부직포
KR101527499B1 (ko) 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노섬유와 이성분 기재를 포함하는 필터 및 이의 제조방법
JP5671203B2 (ja) 耐熱性布帛
Luiso Separators and Electrolytes for Next Generation Li-Ion Batteries
KR102546308B1 (ko) 전기 방사법을 이용한 다층 복합 분리막 및 이의 제조방법
Smith Enhancing Mechanical Strength of Electrospun Nanofibers by Thermal Crosslinking and Coaxial Electrospinning

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170123

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171128

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180529

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180725

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181009

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181114

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190305

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6494162

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151