JP6496120B2 - 高融点樹脂ファイバー及び不織布 - Google Patents
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Description
さらに詳細には、加熱手段としてレーザー光線を用いる溶融型静電紡糸法(レーザー溶融エレクトロスピニング法)により高融点樹脂(フィルム)を直径4μm以下の極細繊維に加工した高融点樹脂ファイバー及び高融点樹脂ファイバーからなる不織布に関する。
本発明の高融点樹脂ファイバーは、繊維径の小さい極細繊維であり、その直径は4μm以下である。上記ファイバーの直径は、好ましくは3μm以下(0.1〜3μm)であり、より好ましくは2μm以下である。また、このような直径を有する極細繊維には、例えば、50〜1000nm程度の繊維径を有する繊維が含まれていてもよい。そして、ファイバーの直径は、後述する高融点樹脂ファイバー製造方法の各種条件(例えば、高分子シートの厚さや高分子シートの送り速度、レーザー強度等)を適宜調整することにより、調整することができる。なお、高融点樹脂ファイバーの直径は、例えば、電子顕微鏡を用いて測定することができる。
本発明の高融点樹脂ファイバーは、後述のレーザー溶融エレクトロスピニング法を用いて製造することが好ましい。レーザー溶融エレクトロスピニング法は、具体的には、以下の方法である。
非結晶性の高分子シートは、例えば、結晶化度が25%以下のシートであることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましい。上記結晶化度が25%以下であると、結晶化度の低い高融点樹脂ファイバーを得ることができる。高分子シートの結晶化度は、高融点樹脂ファイバーの結晶化度と同じ方法により求めることができる。
なお、ここで非結晶性とは、樹脂における分子骨格にかさばった分子鎖(立体障害の大きな分子鎖)をもっているため、溶融状態から冷却・固化する過程で規則的な分子配列をとることができず、固化状態においてもランダムな分子配列になる性質のことを言う。
本発明の不織布は、後述の製造方法にて製造したものであってもよく、本発明の高融点樹脂ファイバーを別の方法にて製造したものであってもよい。
次に、不織布の製造方法の1例について説明する。以下の不織布の製造方法では、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させつつ、高融点樹脂ファイバーの製造を連続的に行うことができる。
下記の方法で高分子シートA〜Dを作製した。
以下の高融点樹脂であるPEEK樹脂のチップ状試料をラボプラストミルTダイ押出し成形装置((株)東洋精機製作所製)にて、ダイス幅150mm、リップ幅0.4mmのTダイを用いて、押出し温度345〜360℃でシート状に押出し、引き取りロール温度140℃、巻き取り速度1.0〜2.0m/minで巻き取って、厚さ0.1mmの高分子シートA〜Dを作製した。そして、高分子シートB、C、Dは、押出し機での成形後、230℃で20分熱処理を行った。
作製した高分子シートの結晶化度及び400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度は、以下の通りであった。なお、上記粘度は、以下の高分子シートの粘度の測定方法で測定し、上記結晶化度は、以下の高融点樹脂ファイバーの結晶化度と同じ方法で求めた。
高分子シートA:VESTAKEEP 1000G(非結昌性サンプル原反:結晶化度12.7%、粘度151Pa・s)
高分子シートB:VESTAKEEP 1000G(結晶性サンプル原反:結晶化度35.5%、粘度151Pa・s)
高分子シートC:VESTAKEEP 3300G(結晶性サンプル原反:結晶化度36.7%、粘度761Pa・s)
高分子シートD:VESTAKEEP 4000G(結晶性サンプル原反:結晶化度37.7%、粘度1012Pa・s)
400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)にて、キャピラリー径1mm、長さ10mmの冶具を用いて測定した。
図1に模式図を示す装置を用いて、実施例1〜3及び比較例1〜5の高融点樹脂ファイバーを製造した。
図1に示した装置のレーザー光源1として、CO2レーザー(ユニバーサルレーザーシステムズ社製、波長10.6μm、出力45W、空冷型、ビーム径φ4mm)を使用した。ビームエキスパンダー及びホモジナイザー2として、倍率2.5倍のビームエキスパンダーと、ホモジナイザー(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、コリメーションレンズ3として、コリメーションレンズ(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、シリンドリカルレンズ群4としてシリンドリカルレンズ(平凹レンズ、f−30mm)及びシリンドリカルレンズ(平凸レンズ、f−300mm)とをこの順で所定の位置に配置したものを使用した。これらの光路調節部材を介することにより、スポット状のレーザー光を幅約150mm、厚さ約1.4mmの帯状レーザー光に変換して高分子シート6の帯状溶融部(端部)6aに照射した。これにより、高融点樹脂ファイバーを得た。
高融点樹脂ファイバーの結晶化度は、DSC測定から求めた熱量から算出した。
DSC測定は、示差走査熱量計(DSC−Q2000/TA社製)を用い、基準材料はアルミナを用い、窒素雰囲気下、温度範囲は0℃〜420℃、昇温速度20℃/minの条件で行った。
そして、DSC測定で求めた熱量から、以下の式を用いて結晶化度を求めた。
結晶化度(%)={(試料の融解熱)−(試料の再結晶化熱)}/完全結晶の融解熱(130J/g)×100
2 ビームエキスパンダー及びホモジナイザー
3 コリーメンションレンズ
4 シリンドリカルレンズ群
5 帯状レーザー光
6 高分子シート
6a 帯状溶融部
6b 針状突出部
7 保持部材
8 繊維捕集板
9 サーモグラフィー
10 高電圧発生装置
11 レーザー発生源
12 光路調整部材
13 高分子シート送り装置
14 繊維捕集板
15 加熱装置
16 保持部材
17 電極
18 熱吸収板
19 レーザー光吸収板
20a 高電圧発生装置
20b 高電圧発生装置
21 プーリー
22 捕集部材
23 筐体
Claims (6)
- 結晶化度が30%以下であり、直径が4μm以下であるPEEKからなる高融点樹脂ファイバー。
- 結晶化度が25%以下のPEEKからなる高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記高分子シートの帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出される繊維を前記繊維捕集板方向に飛翔させ、前記繊維捕集板あるいは、上記溶融部分と前記繊維捕集板間に介在させた捕集部材上に捕集することにより高融点樹脂ファイバーを得ることを特徴とする請求項1記載の高融点樹脂ファイバーの製造方法。
- 前記高分子シートの送り速度が2〜20mm/minである請求項2記載の高融点樹脂ファイバーの製造方法。
- 前記電位差が0.1〜30kV/cmである請求項2又は3記載の高融点樹脂ファイバーの製造方法。
- 前記高分子シートの400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度が800Pa・s以下である請求項2〜4のいずれか1項に記載の高融点樹脂ファイバーの製造方法。
- 請求項1記載の高融点樹脂ファイバーから得られる不織布。
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