WO2018159729A1 - 繊維構造体およびその製造方法 - Google Patents
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- 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
- D04H1/541—Composite fibres, e.g. sheath-core, sea-island or side-by-side; Mixed fibres
- D04H1/5416—Composite fibres, e.g. sheath-core, sea-island or side-by-side; Mixed fibres sea-island
Definitions
- the present invention relates to a fiber structure and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a fiber structure that has excellent delamination strength and has no noticeable creases when the fiber structure is bent, and a method for manufacturing the same.
- the fiber structure according to the present invention can be suitably used for a bedding mat, a bed top and other beddings, various vehicle seats, furniture cushions, and the like.
- fiber structures have been used for mats for bedding, bed tops, various vehicle seats, furniture cushions and the like, like polyurethane foam. Furthermore, since the fiber structure is easily recyclable and has a low stuffiness, it is used more frequently.
- improvements in properties such as cushioning and breathability have been demanded in order to improve comfort when sleeping or sitting.
- the physical properties of the fibers have been improved by using elastomer composite fibers or using thick denier fibers.
- the fiber structure may have a structure that is likely to cause a buckling phenomenon similar to corrugated cardboard, and when used as a care bed mattress that requires gadging, a problem may occur. There is. That is, when the fiber structure is bent in only two, the bent portion of the fiber structure may not be smoothly bent, and a remarkably clear crease may occur.
- Patent Document 1 As an improvement method, there is a proposal of bending into a wave shape in the longitudinal direction during molding (see, for example, Patent Document 1). However, the content of this proposal is still insufficient for solving the problem of generating a remarkably clear folding line. In terms of uniform molding, there is a heat molding method in which wet heat treatment is performed from a normal pressure state. However, the content of this proposal is still insufficient for solving the problem of forming defects at the center of the fiber structure (see, for example, Patent Document 2).
- the present invention relates to a fiber structure used for a mat for a bedding, bed bedding and other bedding, various vehicle seats, furniture cushions, etc., and when the fiber structure is folded, it is difficult to see the folding line, and the delamination strength is improved.
- the object is to provide an excellent fiber structure.
- the fixing point and / or the heat-adhesive composite short fiber and the crimped short fiber mixed so as to be 90/10 to 10/90 and heat-sealed in a state where the heat-adhesive composite short fibers cross each other.
- the fiber structure includes a fiber structure in which short fibers are arranged in the thickness direction of the fiber structure and a fiber structure in which short fibers are arranged in a direction perpendicular to the thickness direction of the fiber structure.
- one or more of the nonwoven fabrics are laminated and compressed against the nonwoven fabric or nonwoven fabric laminate using a mold. Molding, A method for producing a fiber structure having a thickness of 30 mm or more and a density of 10 kg / m 3 or more, A method for producing a fiber structure, wherein the first heat treatment is performed after the compression molding, the decompression treatment is performed, and the second heat treatment is further performed. [10].
- the fiber structure as described above has good cushioning properties and good moldability enough to follow even complex shapes with irregularities, it can be suitably used for furniture such as various vehicle seats and sofas.
- the cushioning is good and the folding lines are difficult to see when folded. It can also be suitably used for mattresses.
- these cushioning properties and breakage feeling level do not change, so that it can be used while maintaining a hygienic and comfortable feeling felt at the time of purchase.
- the present invention when the fiber structure is bent, the folding lines are difficult to see, and the delamination strength is excellent.
- a suitable fiber structure can be provided. More specifically, the entire body sinks moderately into the fiber mattress, and can easily roll over, has a cushioning feeling that does not feel the bottom of the floor, and does not show any folds when folded. Therefore, it is possible to provide a fibrous structure that is comfortable even in the supine position (gudge sitting position) in the state where the upper body is raised, has good conformity to complex shapes such as irregularities, and has good moldability. Further, according to the present invention, it is also possible to provide a fiber structure in which these characteristics hardly change even when washing and drying are repeated. At the same time, the present invention can provide a production method suitable for the method.
- FIG. 10 It is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of parameter T / W showing the arrangement state of the short fiber in a fiber structure. It is the figure which showed an example of the fiber structure of this invention typically. It is the figure which showed other examples other than FIG. 2 of the fiber structure of this invention typically (the aspect of Example 4). It is the figure which showed typically another example other than FIG. 2, FIG. 3 of the fiber structure of this invention (mode of Example 10). It is a schematic diagram at the time of heat-processing after compression molding in the process of manufacturing the fiber structure of this invention. In the fiber structure of this invention, it is the schematic diagram which showed how to bend
- FIG. 3 is a schematic diagram showing the shape of each fiber mattress of level 1 to 3 in the evaluation of moldability.
- the crimped short fibers used in the present invention include natural fibers such as cotton and wool, inorganic fibers such as carbon fibers, cellulosic fibers, or polyamide, aramid, polyolefin, polyester, polysulfone, or polyether ketone. Synthetic fibers such as those can be used. Further, recycled fibers of these fibers called miscellaneous cotton or anti-wool can be used. Among these, synthetic fibers are preferable from the viewpoints of handleability and ease of recycling.
- the crimped short fibers may be inelastic crimped short fibers.
- the composite form of the composite fiber may be any of a core-sheath composite fiber, a side-by-side composite fiber, and a sea-island composite fiber.
- a thermoplastic resin a coloring agent, various stabilizers, an ultraviolet absorber, a thickening branching agent, a matting agent, and other various improving agents may be blended as necessary.
- short fibers containing polyalkylene terephthalate and polyalkylene naphthalate are preferable, and short fibers containing polyethylene terephthalate are particularly preferable, from the viewpoints of ease of recycling, fiber formation, and the like.
- the following methods can be mentioned as a method for imparting crimps in this crimped short fiber.
- a composite fiber in which thermoplastic resins having different heat shrinkage rates are bonded to a side-by-side type is spun by a melt spinning method, and spiral crimps are imparted by anisotropic cooling during cooling, and the number of crimps is 3
- mechanical crimps having the same number of crimps as described above are applied by a generally used crimp crimper.
- various methods may be used, but it is preferable to employ a method of imparting mechanical crimping from the viewpoints of bulkiness and manufacturing cost.
- the single fiber diameter is preferably in the range of 9 to 100 ⁇ m. If the single fiber diameter is smaller than 9 ⁇ m, sufficient rigidity cannot be obtained, and the production of the nonwoven fabric may be difficult. On the other hand, if the diameter of the single fiber is larger than 100 ⁇ m, it becomes very hard and the cushion feeling is poor. More preferably, it is within the range of 10 to 50 ⁇ m, and even more preferably within the range of 20 to 40 ⁇ m.
- the above-mentioned crimped short fiber single fiber cross-sectional shape may be an ordinary round cross-section, such as a triangle, a quadrangle, a flat oval, a star, and one of these cross-sectional shapes. Alternatively, it may be an irregular cross section such as a shape having two or more hollow holes.
- the diameter of the said single fiber shall use the diameter of the circumscribed circle.
- the outer diameter is to be measured.
- hollow fibers having one or more hollow holes such as a round hollow cross section
- crimped short fibers is preferable from the viewpoint of obtaining a fiber structure excellent in weight reduction and heat retention.
- the manufactured fiber structure can be reduced in weight compared to the case where crimped short fibers having the same diameter are used due to the influence of the hollow portion.
- it can be set as the fiber structure excellent in heat retention by the influence of the air contained in a hollow part.
- the fixing point and fixing area with the heat-adhesive composite short fiber can be increased compared to the same denier fiber, so the density and hardness of the fiber structure can be increased depending on the heating conditions during manufacturing.
- the width that can be adjusted can be widened.
- the fiber length of the crimped short fiber is preferably in the range of 30 to 150 mm. If the fiber length is shorter than 30 mm, the fiber structure may not have sufficient rigidity. On the contrary, when the fiber length is longer than 150 mm, the process stability in the production process of the crimped short fiber may be impaired. More preferably, it is within the range of 40 to 80 mm. Even more preferably, it is within the range of 50 to 75 mm.
- thermoadhesive component of the thermoadhesive composite short fiber has a melting point lower by 40 ° C. or more than the thermoplastic resin component constituting the crimped short fiber. If the difference in melting point between the heat-adhesive component and the crimped short fiber thermoplastic resin is less than 40 ° C., the heat-adhesive property is insufficient, and there is a risk that the fiber structure will not have elasticity (elasticity) and is difficult to handle. In addition, fine control of the heat treatment temperature is required, resulting in poor productivity.
- the thermoadhesive component of the above heat-adhesive composite short fiber preferably has a melting point lower by 60 ° C.
- the thermal adhesive component having such a melting point difference is arranged on the surface of the heat-adhesive composite short fiber, and by heat treatment, the fixing point where the heat-adhesive composite short fibers are heat-fused with each other, and the heat-adhesive composite It becomes possible that the fixing points where the short fibers and the crimped short fibers are thermally fused are scattered.
- the fixing point and the fixing area can be increased according to the degree of the heat treatment, and the density and hardness of the fiber structure can be easily adjusted. It can also contribute to the improvement of productivity.
- the thermoplastic resin constituting the surface of the crimped short fiber is different from the thermoplastic resin constituting the surface of the crimped short fiber. When there are a plurality of types, it is compared with the thermoplastic resin having the lowest melting point.
- thermoplastic resin disposed as the heat-adhesive component of the heat-adhesive composite short fiber includes polyurethane-based elastomer, polyester-based elastomer, inelastic polyester-based homopolymer and copolymer thereof, polyolefin-based homopolymer and its Examples thereof include copolymers and polyvinyl alcohol polymers.
- the polyurethane-based elastomer is a thermoplastic resin obtained by a reaction with a low melting point polyol having a number average molecular weight of about 500 to 6000, an organic diisocyanate having a molecular weight of 500 or less, and a chain extender having a molecular weight of 500 or less.
- a low melting point polyol having a number average molecular weight of about 500 to 6000 examples include dihydroxy polyether, dihydroxy polyester, dihydroxy polycarbonate, and dihydroxy polyester amide.
- Examples of the organic diisocyanate having a molecular weight of 500 or less include p, p′-diphenylmethane diisocyanate, tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, xylylene diisocyanate, 2,6-diisocyanate methylcaproate, hexamethylene diisocyanate, and the like. be able to.
- Examples of the chain extender having a molecular weight of 500 or less include glycol, amino alcohol, and triol.
- thermoplastic resins particularly preferred is a polyurethane using polytetramethylene glycol, poly- ⁇ -caprolactone or polybutylene adipate as the low melting point polyol.
- organic diisocyanate compound in this case include compounds in which the dihydroxyl group of p, p'-bishydroxyethoxybenzene and 1,4-butanediol is changed to an isocyanate group.
- the polyester elastomer is a polyether ester copolymer obtained by copolymerizing thermoplastic polyester as a hard segment and poly (alkylene oxide) glycol as a soft segment. More specifically, terephthalic acid, isophthalic acid, phthalic acid, naphthalene-2,6-dicarboxylic acid, naphthalene-2,7-dicarboxylic acid, naphthalene-1,5-dicarboxylic acid, or diphenyl-4,4′-dicarboxylic acid Aromatic dicarboxylic acid such as acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, alicyclic dicarboxylic acid such as tricyclodecane dicarboxylic acid, or adamantane dicarboxylic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberin At least one compound of dicarboxylic acid selected from the group consisting of alipha
- aliphatic diols such as 1,4-butanediol, ethylene glycol, trimethylene glycol, tetramethylene glycol, pentamethylene glycol, hexamethylene glycol neopentyl glycol, or decamethylene glycol, 1,1-cyclohexanedimethanol, At least one compound selected from the group consisting of alicyclic diols such as 1,4-cyclohexanedimethanol or tricyclodecane methanol, or ester-forming derivatives thereof, constitutes the thermoplastic polyester. It is preferably used as a diol component (dihydroxy compound component).
- polyethylene glycol having a number average molecular weight of about 400 to 5000 poly (1,2- and 1,3-polypropylene oxide) glycol, poly (tetramethylene oxide) glycol, a copolymer of ethylene oxide and propylene oxide, ethylene oxide
- a dicarboxylic acid selected from the group consisting of poly (alkylene oxide) cricols such as a copolymer of ethylene and tetrahydrofuran
- poly (alkylene oxide) glycol forming the soft component it is preferable to use, as a polyester-based elastomer, a terpolymer obtained by polymerizing from these compounds by a method commonly used by those skilled in the art.
- a block copolymer polyether ester having polybutylene terephthalate or polyhexamethylene terephthalate as a hard component and polyoxybutylene glycol (polytetramethylene glycol) as a soft segment is preferable.
- the polyester portion constituting the hard segment is polybutylene terephthalate in which the main acid component is terephthalic acid and the main diol component is a butylene glycol component.
- part of this acid component (usually 30 mol% or less) may be substituted with another dicarboxylic acid component or oxycarboxylic acid component, and part of the glycol component (usually 30 mol% or less) is also butylene. It may be substituted with a diol component other than the glycol component. Further, the polyether portion constituting the soft segment may be a polyether substituted with a dioxy component other than butylene glycol.
- Non-elastic copolyester homopolymers and their copolymers include aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, or sebacic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, or naphthalene Aromatic dicarboxylic acids such as dicarboxylic acids, alicyclic dicarboxylic acids such as hexahydroterephthalic acid, hexahydroisophthalic acid, or tricyclodecanedicarboxylic acid, and diethylene glycol, trimethylene glycol, 1,2-propylene glycol, tetramethylene glycol It is preferable to use polyester obtained by copolymerizing aliphatic or alicyclic diols such as polyethylene glycol or paraxylene glycol at a predetermined ratio.
- aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, glutaric acid, adipic
- copolymer ester etc. which further added oxy acids, such as parahydroxybenzoic acid, as needed can be mentioned.
- terephthalic acid and isophthalic acid are used as a dicarboxylic acid component in a ratio of 30/70 to 70/30 mol%
- ethylene glycol and diethylene glycol are used as a diol component in a ratio of 90/10 to 10/90 mol%.
- a polymerized polyester can be preferably used.
- polystyrene examples include low density polyethylene, high density polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyacrylic acid, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, and polyolefins obtained by modifying them.
- thermoplastic resin a copolymer polyester polymer is particularly preferable.
- various stabilizers, ultraviolet absorbers, thickening and branching agents, matting agents, colorants, and various other improving agents may be blended as necessary.
- the non-elastic polyester as described above is preferably exemplified as the other component of the heat-bonding component. More specifically, polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polytetramethylene terephthalate (polybutylene terephthalate), polyethylene naphthalate, polytrimethylene naphthalate, and polytetramethylene naphthalate.
- the thermoplastic resin constituting the thermal adhesive component occupies a surface area of at least 1/2 of the surface of the thermal adhesive composite short fiber.
- the weight ratio is preferably such that the thermal adhesive component and the counterpart component are in the range of 90/10 to 10/90 in terms of the composite ratio.
- the fiber has strength, elastic modulus and flexibility, and is sufficient between the heat-adhesive composite short fibers by heat treatment or between the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers.
- a heat-sealed fixing point having strength can be formed.
- the form of the heat-adhesive composite short fiber is not particularly limited, but the heat-adhesive component and the counterpart component are preferably side-by-side type, core-sheath type or sea-island type composite fibers, more preferably core-sheath type. It is a composite fiber.
- the heat-bonding component is the sheath part, and the counterpart component is the core part.
- the core part is concentric (concentric core-sheath-type composite short fiber) or eccentric. (Eccentric core-sheath type composite short fiber) may be present.
- the composite short fiber which adopts the core-sheath type composite form and the thermal adhesive component is arranged in the sheath part is heat-bonded composite short fibers and / or the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers crossed by heat treatment. This is preferable because a heat-bonded fixing point having sufficient strength in a state can be formed.
- the single fiber diameter is preferably in the range of 15 to 50 ⁇ m. More preferably, it is in the range of 20 to 40 ⁇ m, and still more preferably in the range of 24 to 30 ⁇ m.
- Such heat-adhesive composite short fibers are preferably cut to a fiber length of 3 to 100 mm. More preferably, it is within the range of 10 to 60 mm.
- the crimped staple fibers and the heat-adhesive composite staple fibers are mixed (blended cotton), opened with a carding machine, the web obtained by opening the fibers is laminated, and the laminate is further heat-treated.
- the heat-bonding composite short fibers were heat-sealed in a state where the heat-bonding composite short fibers crossed each other and / or the heat-bonding composite short fibers and the crimped short fibers cross-bonded.
- a fiber structure in which the fixing points are scattered is formed.
- the fixing point heat-sealed in a state where the heat-adhesive composite short fibers intersect with each other, and the fixing point heat-fused in a state where the heat-adhesive composite short fibers intersect with the crimped short fibers That is, a fiber structure is formed.
- the weight ratio of the crimped short fiber and the heat-bonded composite short fiber is preferably 90/10 to 10/90.
- the fixing points may be extremely reduced, and the fiber structure may lose its elasticity (elasticity).
- the weight ratio is small, the uniformity is insufficient, and the surface of the fiber structure may be cracked, resulting in poor appearance.
- the ratio of the heat-bonding composite short fibers is larger than this range, the number of fixing points becomes excessive, and the handleability in the heat treatment process is lowered.
- the weight ratio of the crimped short fiber and the heat-bonded composite short fiber is 80/20 to 20/80, and even more preferably 65/35 to 35/65.
- the thickness of the fiber structure of the present invention is preferably 30 mm or more, more preferably 40 to 300 mm, more preferably 50 to 250 mm, and still more preferably 80 to 120 mm. If the fiber structure is thin, the cushioning property may be insufficient, or sag may easily occur when a load is repeatedly applied to the fiber structure. On the other hand, if the fiber structure is thick, handling is difficult, the repulsion after applying a load is too great, and if the human body is injured or the object is damaged, it may be bent at an obtuse angle.
- the density of the fiber structure needs to be 10 kg / m 3 or more, preferably 15 to 70 kg / m 3 , more preferably 20 to 50 kg / m 3 , and still more preferably 30 to 45 kg / m 3 . . If the density is low, the feeling of bottoming may be large, the fiber structure may not be too soft, and sag may easily occur when a repeated load is applied. On the other hand, if the density is high, the hardness of the entire fiber structure becomes too high, and good cushioning properties may not be obtained, and the repeated durability of cushioning properties may also deteriorate.
- the fiber structure of the present invention has a laminated structure of three or more layers at least in the thickness direction of the fiber structure. Preferably 4 to 12 layers, more preferably 5 to 10 layers, and particularly preferably 6 to 8 layers.
- the density spots and hardness spots that may occur in the manufacturing process are reflected in the spots of the entire fiber structure as compared with the case where the fiber structure is produced by a single layer nonwoven fabric. Can be suppressed.
- the layer thickness, density, hardness, and short fiber arrangement direction for each layer to be laminated by changing the layer thickness, density, hardness, and short fiber arrangement direction for each layer to be laminated, The thickness and density can be easily adjusted.
- each layer is made of a fiber cushion material (nonwoven fabric sheet) as described later, but from the characteristics of the manufacturing method in the manufacturing process of the nonwoven fabric sheet, the surface layer portion and the back surface layer portion are compared to the inner layer portion of the nonwoven fabric sheet, Short fibers may be densely arranged.
- the boundary line (boundary surface) of the laminated structure is observed by observing the presence and number of the densely arranged portions of the short fibers in the fiber structure using an optical microscope or scanning electron microscope with an appropriate magnification. Can be observed and identified.
- the present invention is a fiber structure having a thickness of 30 mm or more and a density of 10 kg / m 3 or more, and the ratio of the hardness of the middle layer portion to the surface layer portion when the fiber structure is divided into three equal parts in the thickness direction.
- the fiber structure must be 0.60 or more.
- the hardness of the surface layer portion represents not the hardness of the surface layer portion side where the surface layer portion and the middle layer portion are in contact when the fiber structure is divided into three equal parts in the thickness direction, but the hardness of the opposite surface. That is, it means the hardness of the surface exposed as the surface of the fiber structure.
- the ratio of the hardness of the middle layer portion to the surface layer portion when the fiber structure is divided into three equal parts is preferably 0.00. 70 to 1.10, more preferably 0.72 to 0.95 or more.
- the ratio of the hardness of the middle layer portion and the surface layer portion when divided into three in the thickness direction of the fiber structure is less than 0.60, when used as a mattress for bedding, In particular, the sinking of the mattress such as the waist part and then the shoulder part of the human body is large.
- the configuration of the fiber cushion material (nonwoven fabric sheet), which is an intermediate product in the process of manufacturing the fiber structure, is also important.
- a fiber cushion material is obtained by mixing (mixing) crimped staple fibers and heat-bondable composite staple fibers and heating them as described later.
- it is preferable to overlap the fiber cushion material because it is easy to adjust the thickness and density of the product of the fiber structure.
- fiber cushion materials having the same physical properties may be overlapped or two or more types of fiber cushion materials having different physical properties may be overlapped.
- a fiber cushion material having the same fiber arrangement but having a changed thickness, basis weight, density, or hardness may be used.
- the short fibers are arranged in the thickness direction of the fiber structure means the following cases.
- the fibers arranged in parallel to the thickness direction of the fiber cushion material have the condition that the angle ⁇ shown in FIG. 1 is 0 ° ⁇ ⁇ ⁇ 45 °. Satisfied fiber.
- the fibers arranged in the direction perpendicular to the thickness direction of the fiber cushion material are fibers satisfying the condition that the angle ⁇ shown in FIG. 1 is 45 ° ⁇ ⁇ 90 °.
- a wavy curve represents a heat-adhesive composite staple fiber or a crimped staple fiber. The following methods can be raised as specific measurement evaluation methods.
- the fiber structure is cut in the thickness direction, and in its cross section, the crimped short fibers and the heat-adhesive composite short fibers (0 ° ⁇ ⁇ ⁇ 45 ° in FIG. 1) arranged in parallel to the thickness direction
- W. T / W was calculated from these values.
- the measurement of the total number is calculated by observing 30 fibers for each of arbitrary 10 positions with a transmission optical microscope and counting the number.
- T / W when T / W is 1.25 or more, it is said that short fibers are arranged in the thickness direction of the fiber structure, and T / W is 0.0 or more and 0.80.
- the short fibers are arranged in a direction perpendicular to the thickness direction of the fiber structure.
- the value of T / W in the portion where the short fibers are arranged in the thickness direction of the fiber structure, is preferably 1.28 or more, more preferably 1.30 or more, and still more preferably 1. .40 or more.
- the T / W is 1.3 or more, the cushioning property and elasticity of the fiber cushion material are excellent, and the effect of reducing stuffiness may be improved, which is a preferred embodiment for bed mattress applications.
- fiber cushion materials nonwoven fabric sheets having different physical properties such as density, hardness, and size can be combined, and the fiber cushion materials can be stacked in an appropriate order according to the purpose. This is a preferred embodiment.
- the thickness, diameter, length, and type of the crimped short fiber naturally fiber, inorganic fiber, or synthetic fiber
- the type of thermoplastic resin that constitutes the synthetic fiber the type of thermoplastic resin that constitutes the synthetic fiber
- the thickness, diameter, length, type of the thermoadhesive short fiber the type of thermoplastic resin of both constituent components
- ⁇ A method of manufacturing a fiber structure using an appropriate number of two or more types of fiber cushion materials manufactured by changing the mixing ratio (mixed cotton ratio) of the shortened fibers and the heat-adhesive short fibers can be employed.
- a fiber cushion material in which short fibers are arranged in the thickness direction of the fiber cushion material and a cushion material in which short fibers are arranged in a direction perpendicular to the thickness direction of the fiber cushion material (vertical) are laminated. It is also preferable that the fiber structure is manufactured in this manner. Further, the fiber cushion material in which the short fibers are arranged in the thickness direction of the fiber cushion material is a fiber structure disposed on the upper surface in contact with the human body, or the fiber cushion material having different physical properties is other than the upper surface. It is also preferable that the fiber structure is disposed at a position.
- the fiber cushion material with different physical properties is the thickness, diameter, length, and type (natural fiber, inorganic fiber, or synthetic fiber) of the short fiber (crimped short fiber or heat-adhesive composite short fiber)
- synthetic fibers the type of thermoplastic resin constituting the synthetic fibers
- mixing ratio mixed cotton ratio
- fiber cushion materials having the same physical properties are arranged on the front surface side and the back surface side of the fiber structure, and fiber cushion materials having different physical properties are arranged on the inner surface portion between the front surface side and the back surface side. Is also preferable.
- the fiber cushion materials having different sizes are overlapped.
- one or two or more fiber cushion materials constituting the fiber structure are overlapped with a small size fiber cushion material.
- a large amount of small-sized fiber cushion materials are superimposed on both shoulder portions and / or waist portions where a larger load is applied on the upper surface where the human body is in contact with other places. It is.
- An example of a schematic view of a fiber structure manufactured using the fiber cushion material having different physical properties described above is shown in FIGS.
- FIG. 2 shows a schematic diagram of the fiber structure of the present invention.
- a surface layer portion 5 from the front side and the back side of the fiber structure 4 to the inside of the fiber structure to 1/3 of the total thickness of the fiber structure, and there is a middle layer portion 6 therebetween.
- Each of the surface layer portion and / or the middle layer portion may be composed of one or more fiber cushion materials (nonwoven fabric sheets).
- fiber cushion materials nonwoven fabric sheets.
- the boundary surface between the surface layer portion 5 and the middle layer portion 6 may be present on a surface perpendicular to the thickness direction in one specific fiber cushion material (nonwoven fabric sheet).
- FIG. 3 shows two non-woven sheets 7-1 in which fibers stand in the thickness direction, and four non-woven sheets 8 in which fibers are arranged in a direction perpendicular to the thickness direction are stacked below.
- the schematic diagram of the fiber structure obtained in Example 4 is shown.
- the front side (the upper side in FIG. 3, the surface on which the nonwoven fabric sheet 7-1 is on the surface) and the back side (the lower side in FIG. 3, the surface on which the nonwoven fabric sheet 8 is on the surface).
- a bed mattress it can be used as a reversible mattress according to the personal bed mattress hardness preference.
- FIG. 4 shows four non-woven sheets 7-1 with fibers standing in the thickness direction, and one non-woven sheet 7-2 with different sizes and fibers standing in the thickness direction.
- the fibrous structure 7-2 is a non-woven sheet having a slightly smaller size that is superimposed on the central portion of the entire width and full length of the fibrous structure (7-2 in FIG. 4).
- a schematic view of a fiber structure in which a normal-sized non-woven fabric sheet 7-1 is laminated and thermoformed thereon is shown.
- This fiber structure represents a schematic diagram of the fiber structure obtained in Example 10 described later.
- one non-woven fabric sheet 7-2 is arranged at the waist where a high load is applied when used as a bed mattress. Therefore, even if a high load is repeatedly applied to the central portion of the fiber structure, the cushioning property of the fiber structure is maintained, and the occurrence of sag and dents can be suppressed.
- the delamination strength of the fiber structure is preferably 5.0 N / 50 mm or more. More preferably, it is 8.0N / 50mm or more and 30.0N / 50mm or less, More preferably, it is 10.0N / 50mm or more and 28.0N / 50mm or less, Most preferably, it is 11.0N / 50mm or more and 25.0N / 50mm or less. That is.
- the strength between the layers of the fiber cushion material is less likely to be weakened by abrasion, irradiation with sunlight / electric light, washing operation, and the like that occur after long-term use. If the strength between the layers is not weakened, it can be a product that can withstand long-term use without warping and swell without applying a load.
- the fiber structure is formed by laminating and cushioning a fiber cushion material (nonwoven fabric sheet) obtained by the method described below, performing the first heat treatment, then performing the decompression treatment, and further heating the second time. It can manufacture by implementing a process.
- One of the methods for producing a fiber cushion material can be exemplified by the following method.
- the crimped short fibers and the heat-adhesive composite short fibers are mixed (mixed cotton) so that the weight ratio is 90/10 to 10/90.
- the fiber web obtained through the carding process is laminated by a cross-layer facility or the like arranged perpendicular to the thickness direction.
- the laminated fiber web is introduced into the equipment by a driving roller with a heat treatment apparatus (such as a STROO equipment manufactured by Struto Corporation) as shown in FIG. 2 of JP-A No. 2007-303831. .
- the laminated fiber web is placed in a hot air suction heat treatment machine in which the heating roller arranged in the equipment is set to be equal to or higher than the melting point of the low melting point thermoplastic resin constituting the heat bonding component of the heat bonding composite short fiber.
- the heating roller arranged in the equipment is set to be equal to or higher than the melting point of the low melting point thermoplastic resin constituting the heat bonding component of the heat bonding composite short fiber.
- it is folded into an accordion.
- a fiber cushion material from a web folded in an accordion shape, a fiber cushion material in which short fibers in the web are arranged in the thickness direction of the fiber cushion material can be obtained.
- Examples of other methods for manufacturing the fiber cushion material include the following methods. Cotton mixed (mixed cotton) in the same weight ratio as above is carded in a carding process, and the obtained web is laminated by a cross-lay method or an airlaid method. Next, heat treatment is performed on the laminated web at a temperature equal to or higher than the melting point of the low-melting thermoplastic resin constituting the heat-bonding component of the heat-bonding composite short fiber, and the direction perpendicular to the thickness direction of the fiber cushion material A fiber cushion material in which short fibers are arranged (perpendicular) can be obtained.
- the fiber structure after obtaining the fiber cushion material by the above method or the like it can be produced from one fiber cushion material, or can be produced by laminating a plurality of fiber cushion materials.
- fiber cushion materials having the same physical properties may be overlapped or two or more types of fiber cushion materials having different physical properties may be overlapped.
- the more detailed laminated form of the fiber cushion material that can be employed when producing the fiber structure of the present invention is as described above.
- a nonwoven fabric it can be obtained by applying a carding machine or the like to open a short fiber to obtain a fiber web and laminating the fiber web.
- the method for producing the fiber cushion material (nonwoven fabric sheet) from the fiber web is as described above. If necessary, some or all of the short fibers constituting the fiber web at this stage may be bonded together.
- one or more fiber cushion materials (nonwoven fabric sheets) are then laminated, and compression molding is performed using a mold. In performing the compression molding, it is preferable that after the first heat treatment, the decompression treatment is then performed, and the second heat treatment is further performed. In compression molding, a pressure of 5 kPa to 10 MPa can be applied to the fiber cushion material. Further, a fiber structure manufacturing method in which at least one of the first heat treatment and the second heat treatment is subjected to wet heat treatment is preferable. Furthermore, the manufacturing method of the fiber structure which implements a pressure reduction process after implementing compression molding and before implementing the 1st heat processing is also preferable.
- the thermoplastic resin constituting the low-melting heat-bonding component of the heat-adhesive composite short fiber constituting the fiber cushion material by hot air, wet heat, etc. is melted, By fixing to other heat-adhesive composite short fibers or crimped short fibers, the shape as a fiber structure can be maintained.
- the fiber structure is also used as a heat insulating material, the heat insulating effect is high when viewed as a whole structure. Therefore, especially when it includes a fiber structure manufactured using thin short fibers, a thick fiber structure, a dense fiber structure, or a fiber structure in which fibers are arranged in the thickness direction.
- heated air or water vapor introduced under normal pressure enters the center of the fiber structure. It may be difficult. In such a case, it may take a long time to replace the air layer at the center of the fiber structure before heating and the heated air layer applied from the outside under normal pressure. Or, the air layer may not be completely replaced. Therefore, after the heat treatment is performed once, the inside of the mold is subjected to the pressure reduction treatment, and then the heat treatment is performed again, so that the air at the center of the fiber structure after the first heat treatment can be removed first. it can. Then, heated air or water vapor can be introduced also into the air layer at the center of the fiber structure, and a uniform thermoforming process is possible for the entire fiber structure.
- the heat treatment method when the wet heat treatment is performed, the heat capacity of the heating medium itself is large as compared with the case where the dry heat treatment is performed, and the heat forming can be performed uniformly and at a high speed. From such a viewpoint, it is preferable to perform heat treatment by wet heat treatment in at least one of the first heat treatment and the second heat treatment. More preferably, the first and second heat treatments are performed by wet heat treatment.
- a fiber cushion material in which normal pressure or high-pressure steam (steam) of 90 ° C. or higher, preferably 95 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher is sandwiched between molds (before heat treatment) And the like, and the like.
- the combination of these heat processing and pressure reduction processing is not limited to 2 times, You may perform 3 times or more. By repeating the number of times, a high-density and high-hardness fiber structure can be produced. It is also a preferable production method to repeat such heat treatment and pressure reduction treatment three or more times as necessary. Considering productivity, 2 to 5 times is preferable. Especially in bed mattress applications, when the density of the fiber structure is increased in order to improve the durability of the waist, the difference in durability due to the difference in the number of times becomes clear.
- the decompression process before the first heat treatment, the unheated air in the center of the fiber cushion material (nonwoven fabric sheet) before heating was removed to some extent and then heated. Since the heating medium is supplied to the center portion of the fiber cushion material (nonwoven fabric sheet), the heating medium easily enters the center portion of the fiber cushion material (nonwoven fabric sheet) efficiently. Furthermore, after the heat treatment, the decompression treatment speeds up the cooling of the once heated fiber cushion material (nonwoven fabric sheet), and also removes moisture when performing a wet heat treatment using steam. Therefore, it is preferable.
- the heating temperature in the heating step is the melting point of the thermoplastic resin constituting the heat-bonding component of the heat-adhesive composite short fiber or higher and the melting point + 40 ° C. or lower, preferably the melting point + 1 ° C. or higher and the melting point + 30 ° C. or lower. More preferably, it is melting point + 3 ° C. or higher and melting point + 20 ° C. or lower.
- the heating time in the heating step is 3 to 30 minutes, preferably 5 to 20 minutes, more preferably 8 to 15 minutes after reaching the predetermined temperature.
- the pressure value of the reduced pressure in the reduced pressure treatment step is 1 to 80 kPa, preferably 3 to 70 kPa, more preferably 5 to 50 kPa.
- the pressure reduction treatment time in the pressure reduction treatment step is 2 minutes to 30 minutes, preferably 3 minutes to 20 minutes, more preferably 5 minutes to 10 minutes after reaching the predetermined pressure value.
- the depressurization process is performed a plurality of times, it is also preferable to perform the depressurization process at a lower pressure value at the second time than at the first time and at the third time than the second time.
- the pressure treatment may be performed at the same time so that the physical properties such as the thickness, density, and hardness are within the target ranges by being sandwiched between the mold and the metal plate.
- the thickness of the metal plate is 1 to 10 mm, and the metal plate has a diameter of 1 to 10 mm, preferably 2 to 8 mm, or one side of 1 to 10 mm, preferably 2 to 10 mm. It is preferable that a square hole of 8 mm square or rectangular shape is opened.
- the hole arrangement include hole arrangement patterns such as a round hole staggered arrangement, a round hole parallel arrangement, a square hole staggered arrangement, a square hole parallel arrangement, and a long angle parallel arrangement.
- the interval (pitch) between the holes is 50 to 200 mm, preferably 80 to 150 mm.
- thermoplastic resin constituting the composite short fiber is sampled, measured using a differential scanning calorimeter 990 type manufactured by Du Pont, at a temperature rise of 20 ° C./minute, and a melting peak. Sought. And the temperature of the peak top of a melting peak was made into melting
- the melting point was determined using a trace melting point measuring apparatus (manufactured by Yanagimoto Seisakusho Co., Ltd.).
- the thermoplastic resin was set at a predetermined position of the trace melting point measuring device, the temperature of the portion was raised, and the temperature at which the thermoplastic resin softened and started to flow (softening point) was defined as the melting point.
- JIS-L1015 2010 Fiber length, 8.5. Fineness, 8.12.1. According to the method described in each item of the number of crimps, physical properties were measured and evaluated for the obtained short fibers (crimped short fibers and heat-bonding composite short fibers).
- thermoplastic fibers constituting short fibers The obtained short fibers are subjected to 1 H-NMR measurement, and the obtained NMR spectrum is analyzed to determine the chemical structure of the repeating unit of the thermoplastic resin constituting the short fibers. Identified.
- T / W The fiber structure is cut in the thickness direction, and its cross section is arranged in parallel with the thickness direction of the fiber structure (0 ° ⁇ ⁇ ⁇ 45 ° in FIG. 1).
- T is the total number of conductive composite short fibers.
- the total number of crimped short fibers and heat-adhesive composite short fibers arranged in a direction perpendicular to the thickness direction of the fiber structure (45 ° ⁇ ⁇ 90 ° in FIG. 1) is W / T / W was calculated.
- the measurement of the number was carried out by observing 30 fibers for each of 10 arbitrary positions with a transmission optical microscope, and counting the number. T / W was calculated from the number.
- Thickness, basis weight, density, and hardness of the fiber structure The thickness of the fiber structure is measured by the method described in JIS K7248: 2005, and the fiber is measured by the method described in JIS K7222: 2005. The apparent density of the structure was measured. The hardness of the fiber structure was measured according to the method B described in Section 6.5 of JIS K6400-2: 2012. In detail, the following operation was performed. (8-1) Equipment to be used, sample (8-1-1) Hardness meter (tester) The tester is capable of compressing a test piece between a pressure plate moving in a vertical direction at a speed of 100 ⁇ 20 mm / min and a fixed support plate.
- the force can be measured with an accuracy of ⁇ 1 N or more, and the thickness of the test piece under compression can be measured with an accuracy of ⁇ 0.25 mm.
- Support plate The support plate shall have a solid surface that is larger than the test piece, horizontal and smooth. In addition, in order to allow air to escape from under the test piece, air holes having a diameter of about 6 mm are provided at intervals of about 20 mm.
- Pressure plate The pressure plate is mounted by a ball joint or another method so as to move freely by vertical movement, and the lower edge has a radius of 1.0 to 1.. It shall be 3 mm. The lower surface of the pressure plate is a smooth surface that is not polished.
- test piece (8-1-4) Shape and size of test piece (8-1-4-1)
- the test piece is a square with a side of 380 mm.
- the sheets are stacked so as to be close to the specified thickness.
- it does not always agree with the test result performed on the specified test piece.
- the test piece was collected so that the product was compressed in the same direction as the product was compressed in actual use.
- the direction to be compressed is a direction called the thickness direction of the fiber structure.
- Test operation method (8-2-1) Pre-compression Pre-compression is performed by the following operation. a) Place the test piece on the support plate so that the center of the test piece becomes the center of the pressure plate. b) The position of the pressure plate when a force of 5 N is applied with the pressure plate is taken as the initial position, and the thickness of the test piece at that time is read to 0.1 mm and measured. Thereafter, the pressure is increased to 70 ⁇ 2.5% of the thickness of the test piece at a speed of 100 ⁇ 20 mm / min.
- Level 1 A crease appears clearly in the width direction of the bent portion of the fiber structure.
- Level 2 A crease appears in a part of the folded portion of the fiber structure in the width direction.
- Level 3 No crease is visible at a part of the folded portion of the fiber structure in the width direction.
- the delamination strength between the fiber layer A and the fiber layer B was measured by the following method.
- a test piece having a width of 50 mm, a length of 150 mm, and a thickness equal to the thickness of the fiber structure itself was sampled from the manufactured fiber structure to prepare a test piece for delamination strength measurement.
- the sampling direction of the test piece is perpendicular to the length direction of the fiber structure.
- Direction That is, a sample obtained by collecting and cutting a test piece long in the width direction (see 16 in FIG. 7) in the manufacturing process of the fiber cushion material (nonwoven fabric sheet) is used (see 17 in FIG. 7). Refer to FIG.
- the average value is taken as the value of delamination strength.
- the delamination is performed between the layer A and the layer B at the boundary line (boundary surface) of the laminated structure observed in the vicinity of the center in the thickness direction of the fiber structure.
- the interlaminar peel strength was defined as the interlaminar peel strength.
- the boundary between the layer A and the layer B was determined by observing the laminated structure of the fiber structure by the method described in the above section “(6) Observation of fixing points of fiber structure, observation of layer structure”. .
- the boundary of the laminated structure of the fiber structure was cut with a knife 30 mm in the direction parallel to the thickness direction of the fiber structure and in the length direction of the test piece to prepare a test piece.
- the gap between the chucks was set to 50 mm, and both ends of the two test pieces prepared by cutting the test piece by 30 mm were fixed with chucks.
- the peeling surface was peeled 100 mm at a tensile speed of 100 mm / min, the maximum load point was measured, and this was taken as the delamination strength of the laminated nonwoven fabric.
- the short fiber web is folded along the width direction of the fiber structure or (fiber cushion material (nonwoven fabric sheet) (see 16 in FIG. 7)). Therefore, when a specimen is taken long in the length direction of the fiber structure (see 15 in FIG. 7) (see 18 in FIG. 7), the folded short fiber web is peeled off. In order to prevent this, the test piece is limited to the sampling from one direction as described above.
- the fiber mattress described in the example or comparative example is laid on the floor, and when an adult male actually lies down, the sleeping comfort (static sleeping comfort) in a state where it does not move and the ease of movement when turning (moving) Cushioning property was determined according to the following criteria.
- Level 1 The entire body sinks greatly into a fiber mattress and is difficult to roll over. In addition, there is a feeling of bottom that feels the hardness of the floor.
- Level 2 The entire body sinks slightly into the fiber mattress and is a little difficult to turn over. Alternatively, the entire body is hardly submerged in the fiber mattress, and turning over is easy. In addition, there is no bottom feeling to feel the hardness of the floor.
- Level 3 The whole body sinks moderately into the fiber mattress, and it is easy to roll over, and there is no feeling of bottoming that feels the hardness of the floor surface.
- (12) Washing durability The thickness of the fiber mattress was measured, and then the fiber mattress was rolled (bent) on a cantilever drum mattress washing machine (made by Inamoto Seisakusho Co., Ltd.) on the inner side surface of the drum. set. Next, the inside of the drum is filled with hot water 50 at 50 ° C., and then the drum is rotated to perform a cleaning operation for 30 minutes. After a centrifugal dehydration operation is performed for 15 minutes, the fiber mattress is taken out from the drum.
- the taken-out fiber mattress was put flat in a ventilation drying apparatus (Inamoto Seisakusho Co., Ltd.) and dried for 30 minutes with warm air at 80 ° C. Thereafter, the fiber mattress was taken out, the thickness after washing and drying was measured, and the rate of change was calculated.
- Rate of change (%) (thickness after washing / drying ⁇ thickness before washing) / (thickness before washing) ⁇ 100
- the change in thickness before and after washing and drying has a great influence on physical properties such as density, hardness, cushioning properties, and folding feeling of the fiber structure. Therefore, the rate of change in thickness before and after washing and drying can be an index for determining durability (maintenance rate) of various physical properties of the fiber structure over a long period of use.
- Formability Prepared by cutting out a width 500 mm ⁇ length 500 mm from the pre-molding fiber cushion material prepared under the conditions described in each example and comparative example. Moreover, it is made of aluminum having convex and concave shapes of a convex shape (19 in FIG. 8) having a height of 30 mm and a thickness of 5 mm at intervals of 70 mm parallel to one surface, and the other surface being flat (20 in FIG. 8). Prepare a mold. The shape of the uneven aluminum mold is shown in FIG. An aluminum mold having flat surfaces on both sides is prepared as the other mold to be paired with this mold.
- FIG. 9 shows a schematic view of the shape of each level 1 to level 3 fiber mattress.
- Level 1 The ends of the uneven portions of the fiber mattress are rounded.
- Level 2 The edge of the uneven portion of the fiber mattress is slightly rounded.
- Level 3 The uneven part of the fiber mattress has the same shape as the aluminum mold. This evaluation of formability can be an index for determining whether or not it is suitable for applications such as various vehicle seats and furniture cushions that need to be formed into complex shapes.
- Example 1 An acid component obtained by mixing terephthalic acid and isophthalic acid at 80/20 (mol%) and butylene glycol were polymerized. The resulting polybutylene terephthalate was heated to 38% by weight and polytetramethylene glycol (molecular weight 2000) to 62% by weight to obtain a block copolymerized polyether polyester elastomer. The melting point of this thermoplastic elastomer was 155 ° C. This thermoplastic elastomer is placed in the sheath (sheath), polyethylene terephthalate (melting point 256 ° C.) is placed in the core (core), and is spun so that the sheath / core weight ratio (composite ratio) is 50/50.
- an eccentric sheath-core type composite fiber (undrawn yarn) was obtained.
- the obtained conjugate fiber (undrawn yarn) was drawn 2.0 times, dried at 80 ° C. to develop crimps, then applied with an oil agent, cut into a fiber length of 51 mm, and heat-adhesive conjugate short Fiber was obtained.
- the single-filament fineness of the heat-adhesive composite short fiber was 6.6 dtex, and the number of crimps was 13 / 2.54 cm.
- T / W is 1.50 or more, and the fibers stand in the thickness direction of the fiber cushion material, and the heat-bonding composite short fiber and the crimped short fiber are made of the fiber cushion material. They were arranged in the thickness direction.
- the basis weight of the fiber cushion material was 750 g / m 2 and the thickness was 25 mm.
- the single fiber diameter of the heat-bondable composite short fiber was 26.0 ⁇ m, and the single fiber diameter of the crimped short fiber was 36.0 ⁇ m.
- This nonwoven fabric sheet was cut into a width of 900 mm and a length of 2000 mm, and 6 sheets were stacked. In some places, two metal plates with holes were prepared.
- the laminated nonwoven fabric sheet was sandwiched between the two metal plates, subjected to compression molding and then decompression treatment, and then subjected to thermoforming processing by wet heat treatment with high-pressure steam to produce a fiber structure.
- the metal plate had a hole size of 3 to 5 mm ⁇ and a staggered arrangement of 100 mm pitch.
- Table 2 and Table 3 show the thermoforming conditions and physical properties of the fiber structure after compression molding.
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- Example 2 The same raw cotton blend as in Example 1 was used, and in the nonwoven fabric production process, a web was obtained using a cross layer after opening with a card. The obtained web was formed into a sheet shape folded in the thickness direction, and heat treatment was performed with a hot air suction heat treatment machine at 200 ° C. in a state where both sides were sandwiched between aramid nets to obtain a nonwoven fabric sheet.
- the nonwoven fabric sheet had a basis weight of 600 g / m 2 and a thickness of 30 mm. T / W was 0.10, and the fibers were perpendicular to the thickness direction of the nonwoven fabric sheet.
- This nonwoven fabric sheet was cut into a width of 900 mm and a length of 2000 mm, and seven sheets were stacked. In some places, the same two metal plates as used in Example 1 with holes were prepared. The laminated nonwoven fabric sheet was sandwiched between the two metal plates in the same manner as in Example 1, subjected to compression molding, and then subjected to decompression treatment, and then subjected to thermoforming by wet heat treatment with high-pressure steam to produce a fiber structure. . When the finished fiber structure was observed with an optical microscope, it was found that the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers were heat-sealed and the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers were heat-bonded were scattered. It was observed that
- Table 2 and Table 3 show the thermoforming conditions and physical properties of the fiber structure after compression molding.
- the manufactured fiber structure had a seven-layer structure, and when this was actually used as a bed mattress, the cushion feeling was quite excellent and the folding (feeling of folding) was clean.
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- Example 3 instead of the heat-bondable composite short fiber of Example 1, a core-sheath type composite copolyester fiber was used. The fiber length was 51 mm, the single yarn fineness was 4.4 dtex, and the number of crimps was 13 / 2.54 cm. The single fiber cross-sectional shape was a solid round cross section. A nonwoven fabric sheet was prepared using 50% by weight of the core-sheath type composite copolymerized polyester fiber, 50% by weight of the crimped short fiber used in Example 1, and the same crimped short fiber as in Examples 1 and 2.
- the core-sheath type composite copolyester fiber is a core-sheath type composite short fiber in which a copolyester having a melting point of 110 ° C. is arranged as a sheath component and normal polyethylene terephthalate is arranged as a core component.
- the copolymer polyester includes a dicarboxylic acid component obtained by copolymerizing terephthalic acid and isophthalic acid at 60/40 (mol%), and a diol component obtained by copolymerizing ethylene glycol and diethylene glycol at 85/15 (mol%).
- a copolyester comprising Then, the same two metal plates as used in Example 1 with holes were prepared in some places.
- the nonwoven fabric sheet was cut into a width of 900 mm and a length of 2000 mm, and 6 sheets were stacked.
- the laminated nonwoven fabric sheet is sandwiched between the two metal plates with holes used in Example 1, compression molded, and then subjected to decompression treatment, followed by thermoforming by wet heat treatment with high-pressure steam to produce a fiber structure Manufactured.
- the finished fiber structure was observed with an optical microscope, it was found that the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers were heat-sealed and the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers were heat-bonded were scattered. It was observed that
- the short fiber diameter of the heat-adhesive composite short fiber was 21 ⁇ m.
- Table 2 and Table 3 show the processing conditions and physical properties of the fiber structure after compression molding. The processing conditions of Example 1 and Example 2 were changed in accordance with the change in the configuration of the heat-adhesive composite short fiber.
- the manufactured fiber structure had a six-layer structure, and when this was actually used as a bed mattress, the cushion feeling was excellent and the bending (feeling of folding) was very beautiful.
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- Example 4 Same as Example 1, weight is 750 g / m 2 , thickness is 25 mm, T / W is 1.50 or more, and a non-woven sheet with fibers standing in the thickness direction is cut to a width of 900 mm and a length of 2000 mm. Two sheets of non-woven fabric sheets were stacked. A nonwoven fabric sheet having a weight of 600 g / m 2 , a thickness of 30 mm, a T / W of 0.10 and fibers arranged in a direction perpendicular to the thickness direction is 900 mm in width and length in the lower layer. Cut into 2000 mm and stacked 4 sheets.
- the laminated nonwoven fabric sheet is sandwiched between the two metal plates with holes used in Example 1, compression molded, and then subjected to decompression treatment, followed by thermoforming by wet heat treatment with high-pressure steam to produce a fiber structure Manufactured.
- the finished fiber structure was observed with an optical microscope, it was found that the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers were heat-sealed and the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers were heat-bonded were scattered. It was observed that
- the processing conditions and physical properties of the fiber structure after compression molding were as shown in Tables 2 and 3.
- the manufactured fiber structure had a six-layer structure. When this fiber structure was used as a bed mattress with the nonwoven fabric sheet with a T / W of 1.50 or more on the upper surface that comes into contact with the human body, it was very cushioning and bent (feeling of folding). ) Was very beautiful.
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- Example 5 In Example 1, instead of stacking 6 sheets of nonwoven fabric sheets cut to a width of 900 mm and a length of 2000 mm, 10 sheets were stacked, under the same conditions as in Example 1 except that the time for performing pressure reduction treatment and wet heat treatment was changed. A fiber structure was produced. When the finished fiber structure was observed with an optical microscope, it was found that the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers were heat-sealed and the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers were heat-bonded were scattered. It was observed that The manufactured fiber structure has a 10-layer structure.
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- Example 6 In Example 1, instead of using 13.0 dtex crimped short fiber and 6.6 dtex heat-bondable composite short fiber, 30.0 dtex crimped short fiber and 15.0 dtex heat-bonded composite short fiber were used. Produced a fiber structure under the same conditions as in Example 1. When the finished fiber structure was observed with an optical microscope, it was found that the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers were heat-sealed and the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers were heat-bonded were scattered. It was observed that The manufactured fiber structure has a 6-layer structure.
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- Example 7 Same as the nonwoven fabric sheet used in Example 1, with a weight of 750 g / m 2 , a thickness of 25 mm, a T / W of 1.50 or more, and a fiber standing in the thickness direction, the nonwoven fabric sheet is 900 mm wide and 2000 mm long Cut and stacked two sheets.
- the width of the nonwoven fabric sheet having the same weight as the nonwoven fabric sheet used in Example 2 is 600 g / m 2 , 30 mm thick, T / W is 0.10, and the fibers are arranged in the direction perpendicular to the thickness direction. It was cut into 900 mm and a length of 2000 mm, and two of them were stacked.
- a non-woven fabric sheet having a T / W of 1.50 or more and fibers standing in the thickness direction which is the same as the non-woven fabric sheet used in Example 1, is cut into a width of 900 mm and a length of 2000 mm. Piled up.
- two layers of nonwoven fabric sheets with a T / W of 1.50 or more, two layers of nonwoven fabric sheets with a T / W of 0.10, and two layers of nonwoven fabric sheets with a T / W of 1.50 or more in this order.
- Example 8 Except that the nonwoven fabric sheet on which the fibers of the nonwoven fabric sheets stacked in Example 4 are erected in the thickness direction is on the surface, a 25 g / m 2 long-fiber nonwoven fabric manufactured by Unicel Co., Ltd. was further disposed. A fiber structure was produced under the same conditions as in Example 4. When the finished fiber structure was observed with an optical microscope, it was found that the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers were heat-sealed and the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers were heat-bonded were scattered. It was observed that The manufactured fiber structure has a structure in which an ultra-thin nonwoven fabric is laminated on a 6-layer structure.
- This fiber structure is actually made with the upper surface where the human body is in contact with the surface having the long-fiber nonwoven fabric.
- the cushioning feeling was quite excellent and the folding (feeling of folding) was very beautiful.
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- the frictional force that acts between the fibers that stand in the thickness direction and the fibers that make up the side fabric is the difference between the fibers that are arranged in the direction perpendicular to the thickness direction and the fibers that make up the side fabric. This is considered to be because the frictional force acting between them is smaller.
- Example 9 In Example 1, 550 g / m 2 , thickness 25 mm, T / W 1.50 or more, and 550 g in place of the front side 2 layers and the back side 2 layers of the nonwoven fabric sheet in which the fibers stand in the thickness direction / M 2 , thickness 25 mm, T / W 1.30 non-woven fabric in which the fibers stand in the thickness direction are arranged in two layers on the front side and two layers on the back side, and a laminate of six layers of non-woven fabric sheet Obtained. Thereafter, a fiber structure was produced under the same conditions as in Example 1.
- the manufactured fiber structure has a 6-layer structure.
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- Example 10 Six nonwoven fabric sheets were prepared in the same manner as in Example 1, and only one of them was cut into a length of 700 mm and a width of 700 mm. This nonwoven fabric sheet is the second layer from the surface layer, and is placed at a position corresponding to the waist of the human body when used for bed mattress applications. Under reduced pressure treatment and heat treatment under the same conditions as in Example 1, a fiber structure Manufactured. When the finished fiber structure was observed with an optical microscope, it was found that the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers were heat-sealed and the fixing points where the heat-adhesive composite short fibers and the crimped short fibers were heat-bonded were scattered.
- the manufactured fiber structure had a 6-layer structure at the position corresponding to the waist of the human body when used for a bed mattress, and the other part had a 5-layer structure.
- this nonwoven fabric sheet cut into 700 mm x 700 mm is the second layer from the upper surface where the human body comes into contact with this fiber structure, it was actually used as a bed mattress application.
- the part was a soft bed mattress, and also had a very good cushion feeling and a very beautiful folding (feeling of folding).
- Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure
- Table 2 shows the production conditions of the fiber structure
- Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure.
- hardness and delamination strength sampled from the part of 6 layer structure, and implemented the physical-property measurement.
- Example 1 In Example 1, it changed into the processing conditions of Table 2, and created the fiber structure. When it was actually used as a bed mattress, it was bent like a buckled molded product that had a feeling of bottoming and the bent state resembled that of corrugated cardboard. Table 1 shows the physical properties of the short fibers and the nonwoven fabric sheet used for producing the fiber structure, Table 2 shows the production conditions of the fiber structure, and Table 3 shows the results of the physical property evaluation of the fiber structure. In contrast to Example 1, it is considered that the numerical value of the ratio of the hardness of the middle layer portion and the surface layer portion is small.
- the fiber structure excellent in comfort suitable for bedding mats, bed bedding, other beddings, various vehicle seats, furniture cushions, etc. can be obtained, and its industrial value is extremely large. .
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Abstract
本発明は、寝具用マット、ベッドの上掛けその他の寝具、各種乗物用座席、家具クッション等に使用される繊維構造体において、快適性に優れる繊維構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。 上記課題は、捲縮短繊維と、該捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂よりも40℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂が、熱接着成分としてその表面に配された熱接着性複合短繊維とが特定重量比率で混合され、該熱接着性複合短繊維同士が交差した状態で熱融着された固着点および/または該熱接着性複合短繊維と前記捲縮短繊維とが交差した状態で熱融着された固着点とが散在した繊維構造体であり、厚さ、密度が規定された3層以上の積層構造を有する繊維構造体において、3等分した時の中層部と表層部との硬さの比率が、0.60以上である繊維構造体によって解決することができる。
Description
本発明は、繊維構造体およびその製造方法に関する。更に詳細には、層間剥離強度が優れており、繊維構造体を折り曲げた際に折れ筋が目立たない繊維構造体およびその製造方法である。その本発明に係る繊維構造体は、寝具用マット、ベッドの上掛けその他の寝具、各種乗物用座席、家具クッション等に好適に使用することができる。
従来、繊維構造体は、ポリウレタン発泡体と同様に、寝具用マット、ベッドの上掛け、各種乗物用座席、家具クッション等に使用されている。さらに、繊維構造体は、易リサイクル性であることや蒸れ感が低いため、使用される場面がさらに多くなってきている。しかし近年、繊維構造体の分野では、寝た時や着座時の快適性改善のためクッション性や通気性等の性の向上が要求されている。このため、繊維の物性の観点からは、エラストマー複合繊維を使用したり、太デニールの繊維を使用したりして繊維の物性の改善を実施してきた。一方、繊維構造体の物性の観点からは、繊維構造体の密度を高くし、厚さの厚い繊維構造体にすることで対応してきた。しかし、高密度で厚い繊維構造体を、その内部まで均一な密度となるように作ること(均一成形)は難しく、特に繊維構造体の中心部に成形不良が発生し、底つき感が発生する場合がある。また成形不良が生じた場合、繊維構造体が段ボールと類似した座屈現象が発生しやすい構造となる場合があり、ギャッジ性が要求される介護用ベッドマットレスとして使用された場合、不具合が生じることがある。すなわち、繊維構造体をわずかに2つに折り曲げた場合、繊維構造体の折り曲げ部分が滑らかに湾曲せずに、著しく明確な折れ筋が発生したりする場合があった。その改善方法としては、成形時に長手方向に波型に屈曲させるといった提案がある(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この提案内容では著しく明確な折れ筋が発生する問題の解消に対しては未だ不十分であった。また、均一成形という点では、常圧状態から湿熱処理を行うといった加熱成形方法がある。しかし、この提案内容では繊維構造体の中心部に成形不良が発生する問題の解消に対しては未だ不十分であった(例えば、特許文献2参照。)。
本発明は、寝具用マット、ベッドの上掛けその他の寝具、各種乗物用座席、家具クッション等に使用される繊維構造体において、繊維構造体を折り曲げた時に折れ筋が見えにくく、層間剥離強度に優れている繊維構造体を提供することにある。
本願発明者は上記課題を達成するために鋭意検討した結果、以下に示した要件を満たす発明により上記の課題を解決し、本願発明に到達した。
[1].捲縮短繊維と、該捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂よりも40℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂が、熱接着成分としてその表面に配された熱接着性複合短繊維とが重量比率で90/10~10/90となるように混合され、該熱接着性複合短繊維同士が交差した状態で熱融着された固着点および/または該熱接着性複合短繊維と前記捲縮短繊維とが交差した状態で熱融着された固着点とが散在した、厚さが30mm以上、密度が10kg/m3以上の繊維構造体であり、
該繊維構造体は、少なくとも厚さ方向に3層以上の積層構造を有し、前記繊維構造体の厚さ方向に3等分した時の中層部と表層部との硬さの比率が、0.60以上である繊維構造体。
[2].前記繊維構造体を構成する、捲縮短繊維がポリエステル繊維である、[1]に記載の繊維構造体。
[3].前記捲縮短繊維の単繊維径が9~100μmの範囲内であり、前記熱接着性複合短繊維の単繊維径が15~50μmの範囲内である、[1]~[2]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[4].前記繊維構造体の厚さが40~300mmの範囲内である、[1]~[3]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[5].前記繊維構造体の密度が15~70kg/m3の範囲内である、[1]~[4]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[6].前記繊維構造体の層間剥離強度が、5.0N/50mm以上である、[1]~[5]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[7].前記繊維構造体の少なくとも一部に、使用される繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列された繊維構造体を含む、[1]~[6]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[8].短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列した繊維構造体と、短繊維が繊維構造体の厚さ方向と直角方向に配列した繊維構造体の積層部分を繊維構造体内に有する、[1]~[7]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[9].捲縮短繊維と、該捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂よりも40℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂が、熱接着成分としてその表面に配された熱接着性複合短繊維とが重量比率で90/10~10/90となるように混合して不織布とした後に、該不織布を1枚または2枚以上を積層し、金型を使用し該1枚の不織布または不織布積層体に対して圧縮成形を行う、
厚さが30mm以上、密度が10kg/m3以上の繊維構造体の製造方法であって、
圧縮成形後に1回目の加熱処理を実施し、次いで減圧処理を行い、更に2回目の加熱処理を実施することを特徴とする繊維構造体の製造方法。
[10].1回目の加熱処理または2回目の加熱処理の少なくともいずれかが、湿熱処理である[9]に記載の繊維構造体の製造方法。
[11].圧縮成形後、1回目の加熱処理を実施する前に、減圧処理を実施する、[9]~[10]のいずれか1項に記載の繊維構造体の製造方法。
[1].捲縮短繊維と、該捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂よりも40℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂が、熱接着成分としてその表面に配された熱接着性複合短繊維とが重量比率で90/10~10/90となるように混合され、該熱接着性複合短繊維同士が交差した状態で熱融着された固着点および/または該熱接着性複合短繊維と前記捲縮短繊維とが交差した状態で熱融着された固着点とが散在した、厚さが30mm以上、密度が10kg/m3以上の繊維構造体であり、
該繊維構造体は、少なくとも厚さ方向に3層以上の積層構造を有し、前記繊維構造体の厚さ方向に3等分した時の中層部と表層部との硬さの比率が、0.60以上である繊維構造体。
[2].前記繊維構造体を構成する、捲縮短繊維がポリエステル繊維である、[1]に記載の繊維構造体。
[3].前記捲縮短繊維の単繊維径が9~100μmの範囲内であり、前記熱接着性複合短繊維の単繊維径が15~50μmの範囲内である、[1]~[2]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[4].前記繊維構造体の厚さが40~300mmの範囲内である、[1]~[3]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[5].前記繊維構造体の密度が15~70kg/m3の範囲内である、[1]~[4]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[6].前記繊維構造体の層間剥離強度が、5.0N/50mm以上である、[1]~[5]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[7].前記繊維構造体の少なくとも一部に、使用される繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列された繊維構造体を含む、[1]~[6]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[8].短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列した繊維構造体と、短繊維が繊維構造体の厚さ方向と直角方向に配列した繊維構造体の積層部分を繊維構造体内に有する、[1]~[7]のいずれか1項に記載の繊維構造体。
[9].捲縮短繊維と、該捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂よりも40℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂が、熱接着成分としてその表面に配された熱接着性複合短繊維とが重量比率で90/10~10/90となるように混合して不織布とした後に、該不織布を1枚または2枚以上を積層し、金型を使用し該1枚の不織布または不織布積層体に対して圧縮成形を行う、
厚さが30mm以上、密度が10kg/m3以上の繊維構造体の製造方法であって、
圧縮成形後に1回目の加熱処理を実施し、次いで減圧処理を行い、更に2回目の加熱処理を実施することを特徴とする繊維構造体の製造方法。
[10].1回目の加熱処理または2回目の加熱処理の少なくともいずれかが、湿熱処理である[9]に記載の繊維構造体の製造方法。
[11].圧縮成形後、1回目の加熱処理を実施する前に、減圧処理を実施する、[9]~[10]のいずれか1項に記載の繊維構造体の製造方法。
上述したような繊維構造体は、クッション性が良好で凹凸のある複雑な形状にも十分追従できる程度に成形性が良好なので、各種乗物用座席、ソファ等の家具に好適に用いることができる。また、寝具用マット(ベッドマットレス等)などに用いると、クッション性が良好で、折り曲げた時に折れ筋が見えにくいので、一般的なベッドマットレスのみならず、軽く折り曲げて使うこともある介護用ベッドマットレスにも好適に用いることができる。更に、洗濯、乾燥を繰り返しても、これらクッション性や折れ感レベルが変わらないので、長期間衛生的かつ購入時に感じる快適感を維持したまま使用することができる。
本発明によれば、繊維構造体を折り曲げた時に折れ筋が見えにくく、層間剥離強度に優れており、寝具用マット、ベッドの上掛けその他の寝具、各種乗物用座席、家具クッション等の用途に適した繊維構造体を提供することができる。より詳細には、体全体が繊維マットレスに適度に沈み込み、且つ寝返りも容易に打て、床面の硬さを感じる底つき感がないクッション感を有し、折り曲げても折れ筋が見えないので、上半身を起こした状態の仰臥位(ギャッジ座位)の状態でも快適であり、凸凹など複雑な形状への追従が良好で成形性も良好な繊維構造体を提供することができる。また、本発明により洗濯・乾燥を繰り返してもこれらの特性が変化が少ない繊維構造体提供することもできる。更に同時に本発明では、それに適した製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(捲縮短繊維)
本発明で使用する捲縮短繊維としては、綿、ウール等の天然繊維、カーボン繊維等の無機繊維、セルロース系繊維、またはポリアミド系、アラミド系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリスルホン系、もしくはポリエーテルケトン系等の合成繊維等を用いることができる。さらに雑綿もしくは反毛とよばれるこれらの繊維のリサイクル繊維等も使用できる。なかでも、取り扱い性およびリサイクルの容易さの観点より合成繊維が好ましい。また前記の捲縮短繊維は非弾性捲縮短繊維であっても良い。特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリ-1,4-ジメチルシクロヘキサンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリピバロラクトン、ポリ乳酸(PLA)、ステレオコンプレックスポリ乳酸等のポリエステル繊維がより好ましい。更にポリエステル繊維以外に、ポリオレフィンホモポリマー、もしくは各種オレフィンの共重合体を含む短繊維もしくはそれら短繊維の混綿体(混合体)、または上記の熱可塑性樹脂成分のうちの2種類以上からなる複合短繊維等を好ましく挙げることができる。複合繊維の複合の形態は、芯鞘型複合繊維、サイドバイサイド型複合繊維、海島型複合繊維のいずれであっても良い。かかる熱可塑性樹脂中には、着色剤、各種安定剤、紫外線吸収剤、増粘分岐剤、艶消し剤、その他各種の改良剤等も必要に応じて配合されていても良い。これら短繊維のうち、リサイクルの容易さや繊維形成性等の観点からポリアルキレテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートを含む短繊維が好ましく、ポリエチレンテレフタレートを含む短繊維が特に好ましい。
(捲縮短繊維)
本発明で使用する捲縮短繊維としては、綿、ウール等の天然繊維、カーボン繊維等の無機繊維、セルロース系繊維、またはポリアミド系、アラミド系、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリスルホン系、もしくはポリエーテルケトン系等の合成繊維等を用いることができる。さらに雑綿もしくは反毛とよばれるこれらの繊維のリサイクル繊維等も使用できる。なかでも、取り扱い性およびリサイクルの容易さの観点より合成繊維が好ましい。また前記の捲縮短繊維は非弾性捲縮短繊維であっても良い。特に、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート、ポリ-1,4-ジメチルシクロヘキサンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリピバロラクトン、ポリ乳酸(PLA)、ステレオコンプレックスポリ乳酸等のポリエステル繊維がより好ましい。更にポリエステル繊維以外に、ポリオレフィンホモポリマー、もしくは各種オレフィンの共重合体を含む短繊維もしくはそれら短繊維の混綿体(混合体)、または上記の熱可塑性樹脂成分のうちの2種類以上からなる複合短繊維等を好ましく挙げることができる。複合繊維の複合の形態は、芯鞘型複合繊維、サイドバイサイド型複合繊維、海島型複合繊維のいずれであっても良い。かかる熱可塑性樹脂中には、着色剤、各種安定剤、紫外線吸収剤、増粘分岐剤、艶消し剤、その他各種の改良剤等も必要に応じて配合されていても良い。これら短繊維のうち、リサイクルの容易さや繊維形成性等の観点からポリアルキレテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートを含む短繊維が好ましく、ポリエチレンテレフタレートを含む短繊維が特に好ましい。
この捲縮短繊維における、捲縮付与方法としては、以下の方法を挙げることができる。一つ目の方法は、熱収縮率の異なる熱可塑性樹脂をサイドバイサイド型に張り合わせた複合繊維を溶融紡糸法により紡糸し、冷却時に異方冷却によりスパイラル状捲縮を付与し、捲縮数が3~40個/2.54cm、好ましくは7~15個/2.54cmとなるように捲縮を付与する方法である。次に、通常用いられる押し込みクリンパーにより、上記と同数の捲縮数の機械捲縮を付与する方法がある。その他にも、種々の方法を用いればよいが、嵩高性、製造コスト等の面から機械捲縮を付与する方法を採用するのが好ましい。
ここで、前記の捲縮短繊維において、単繊維径が9~100μmの範囲内であることが好ましい。該単繊維径が9μmよりも小さいと充分な剛性が得られずまた、不織布の生産が難しくなるおそれがある。逆に該単繊維径100μmよりも大きいと、非常に硬くなりクッション感が乏しい物となる。より好ましくは10~50μmの範囲内であることであり、更により好ましくは20~40μmの範囲内であることである。
前記の捲縮短繊維の単繊維横断面形状(繊維軸に対して直角方向の断面)は、通常の丸断面でも良く、三角形、四角形、扁平楕円形、星形、更にこれらの断面形状に1つまたは2以上の中空孔を有する形状などの異型断面であってもよい。なお、単繊維横断面形状が異型の場合、前記単繊維径はその外接円の直径を使用するものとする。さらに、丸型中空断面の場合は外径寸法を測定するものとする。
丸型の中空断面など、1つまたは2つ以上の中空孔を有する中空繊維を捲縮短繊維として用いるのは、軽量化、保温性に優れる繊維構造体を得ることができる観点から好ましい。具体的には、製造された繊維構造体は、中空部分の影響により同じ直径の捲縮短繊維を使用した場合と比べて軽量化をはかることができる。また、中空部分に含まれる空気の影響により保温性に優れた繊維構造体とすることができる。更に中空繊維にすることで同じデニールの繊維に比べて、熱接着性複合短繊維との固着点、固着面積を増やすことができるので、製造時の加熱条件等により、繊維構造体の密度、硬さ等を調整できる幅を広げることができる。
前記の捲縮短繊維の繊維長としては30~150mmの範囲内であることが好ましい。該繊維長が30mmよりも短いと、繊維構造体に充分な剛性が得られないおそれがある。逆に該繊維長が150mmよりも大きいと捲縮短繊維の製造工程における工程安定性が損われるおそれがある。より好ましくは40~80mmの範囲内であることである。更により好ましくは50~75mmの範囲内であることである。
(熱接着性複合短繊維)
次に、熱接着性複合短繊維の熱接着成分は、上記の捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂成分より、40℃以上低い融点を有することが肝要である。この熱接着成分と捲縮短繊維熱可塑性樹脂の融点差が40℃未満では熱接着性が不十分となる上、腰(弾力性)がなく、取り扱いにくい繊維構造体となるおそれがある。また、加熱処理温度の細かな制御が必要となり、生産性に劣るものとなる。上記の熱接着性複合短繊維の熱接着成分は、捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂成分より、60℃以上低い融点を有することが好ましく、80℃以上低い融点を有することがより好ましく、最も好ましくは100℃以上低い融点を有する事である。このような融点差がある熱接着成分を熱接着性複合短繊維の表面に配され、加熱処理をすることで、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが可能となる。また、熱接着成分を表面に配することで、加熱処理の程度に応じて、固着点、固着面積を増やすことができ、繊維構造体の密度、硬さの調整が容易となり、繊維構造体の生産性の向上にも寄与することができる。なお、捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂成分が複数種類ある場合には捲縮短繊維の表面を構成している熱可塑性樹脂と対比し、捲縮短繊維の表面を構成している熱可塑性樹脂が複数種類ある場合には融点が最も低い熱可塑性樹脂と対比する。
次に、熱接着性複合短繊維の熱接着成分は、上記の捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂成分より、40℃以上低い融点を有することが肝要である。この熱接着成分と捲縮短繊維熱可塑性樹脂の融点差が40℃未満では熱接着性が不十分となる上、腰(弾力性)がなく、取り扱いにくい繊維構造体となるおそれがある。また、加熱処理温度の細かな制御が必要となり、生産性に劣るものとなる。上記の熱接着性複合短繊維の熱接着成分は、捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂成分より、60℃以上低い融点を有することが好ましく、80℃以上低い融点を有することがより好ましく、最も好ましくは100℃以上低い融点を有する事である。このような融点差がある熱接着成分を熱接着性複合短繊維の表面に配され、加熱処理をすることで、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが可能となる。また、熱接着成分を表面に配することで、加熱処理の程度に応じて、固着点、固着面積を増やすことができ、繊維構造体の密度、硬さの調整が容易となり、繊維構造体の生産性の向上にも寄与することができる。なお、捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂成分が複数種類ある場合には捲縮短繊維の表面を構成している熱可塑性樹脂と対比し、捲縮短繊維の表面を構成している熱可塑性樹脂が複数種類ある場合には融点が最も低い熱可塑性樹脂と対比する。
ここで、熱接着性複合短繊維の熱接着成分として配される熱可塑性樹脂としては、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、非弾性のポリエステル系ホモポリマーおよびその共重合物、ポリオレフィン系ホモポリマーおよびその共重合物、ポリビニルアルコ-ル系ポリマー等を挙げることができる。
ポリウレタン系エラストマーとしては、数平均分子量が500~6000程度の低融点ポリオール、分子量500以下の有機ジイソシアネート、および分子量500以下の鎖伸長剤との反応により得られる熱可塑性樹脂である。上記化合物のうち、数平均分子量が500~6000程度の低融点ポリオールとしては、例えばジヒドロキシポリエーテル、ジヒドロキシポリエステル、ジヒドロキシポリカーボネート、ジヒドロキシポリエステルアミド等を挙げることができる。分子量500以下の有機ジイソシアネートとしては、例えばp,p’-ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水素化ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、2,6-ジイソシアネートメチルカプロエート、ヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。分子量500以下の鎖伸長剤としては、例えばグリコール、アミノアルコールあるいはトリオールを挙げることができる。
これらの熱可塑性樹脂のうちで、特に好ましいのは低融点ポリオールとしてはポリテトラメチレングリコール、またはポリ-ε-カプロラクトンあるいはポリブチレンアジペートを用いたポリウレタンである。この場合の有機ジイソシアネート化合物としてはp,p’-ビスヒドロキシエトキシベンゼンおよび1,4-ブタンジオールのジヒドロキシル基をイソシアネート基に変えた化合物を挙げることができる。
また、ポリエステル系エラストマーとしては熱可塑性ポリエステルをハードセグメントとし、ポリ(アルキレンオキシド)グリコールをソフトセグメントとして共重合してなるポリエーテルエステル共重合体である。より具体的にはテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、ナフタレン-2,7-ジカルボン酸、ナフタレン-1,5-ジカルボン酸、もしくはジフェニル-4,4’-ジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、トリシクロデカンジカルボン酸、もしくはアダマンタンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、もしくはダイマー酸等の脂肪族ジカルボン酸またはこれらのエステル形成性誘導体などからなる群より選ばれたジカルボン酸の少なくとも1種の化合物を、熱可塑性ポリエステルを構成するジカルボン酸成分として用いることが好ましい。また、1,4-ブタンジオール、エチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコールネオペンチルグリコール、もしくはデカメチレングリコール等の脂肪族ジオール、1,1-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、もしくはトリシクロデカンメタノール等の脂環式ジオール、またはこれらのエステル形成性誘導体などからなる群より選ばれたジオール成分の少なくとも1種の化合物を、熱可塑性ポリエステルを構成するジオール成分(ジヒドロキシ化合物成分)として用いることが好ましい。更に、数平均分子量が約400~5000程度のポリエチレングリコール、ポリ(1,2-および1,3-ポリプロピレンオキシド)グリコール、ポリ(テトラメチレンオキシド)グリコール、エチレンオキシドとプロピレンオキシドとの共重合体、エチレンオキシドとテトラヒドロフランとの共重合体等のポリ(アルキレンオキサイド)クリコールなどからなる群より選ばれたジカルボン酸の少なくとも1種の化合物を、ソフト成分を形成するポリ(アルキレンオキシド)グリコールとして用いることが好ましい。これらの化合物から、当業者が通常行う方法で重合して得られる三元共重合体をポリエステル系エラストマーとして用いることが好ましい。
特に、接着性や温度特性、強度の面からすればポリブチレンテレフタレートまたはポリヘキサメチレンテレフタレートをハード成分とし、ポリオキシブチレングリコール(ポリテトラメチレングリコール)をソフトセグメントとするブロック共重合ポリエーテルエステルが好ましい。この場合、ハードセグメントを構成するポリエステル部分は、主たる酸成分がテレフタル酸、主たるジオール成分がブチレングリコール成分であるポリブチレンテレフタレートである。むろん、この酸成分の一部(通常30モル%以下)は他のジカルボン酸成分やオキシカルボン酸成分で置換されていても良く、同様にグリコール成分の一部(通常30モル%以下)はブチレングリコール成分以外のジオール成分で置換されていても良い。また、ソフトセグメントを構成するポリエーテル部分はブチレングリコール以外のジオキシ成分で置換されたポリエーテルであってよい。
非弾性の共重合ポリエステル系ホモポリマーおよびその共重合物としては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、もしくはセバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、もしくはナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸類、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、もしくはトリシクロデカンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸類と、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、もしくはパラキシレングリコールなどの脂肪族や脂環式ジオール類を所定の割合で共重合させて得られるポリエステルを用いることが好ましい。また、所望に応じて更にパラヒドロキシ安息香酸などのオキシ酸類を添加した共重合エステル等を挙げることができる。具体的には、例えばジカルボン酸成分としてテレフタル酸とイソフタル酸が30/70~70/30モル%の割合で、ジオール成分としてエチレングリコールとジエチレングリコールが90/10~10/90モル%の割合で共重合されたポリエステルであることが好ましく使用することができる。
また、ポリオレフィンポリマーとしては、例えば低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酢酸ビニルさらにはそれらを変性したポリオレフィン等を挙げることができる。
上記の熱接着成分の中でも、共重合ポリエステルポリマーが特に好ましい。なお、上述の熱可塑性樹脂中には、各種安定剤、紫外線吸収剤、増粘分岐剤、艶消し剤、着色材その他各種の改良剤等も必要に応じて配合されていても良い。
熱接着性複合短繊維において、熱接着成分の相手側成分としては前記のような非弾性のポリエステルが好ましく例示される。より具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート(ポリブチレンテレフタレート)、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンナフタレート、ポリテトラメチレンナフタレートである。その際、熱接着成分を構成する熱可塑性樹脂が、熱接着性複合短繊維の表面の少なくとも1/2の表面積を占めるものが好ましい。重量割合は、熱接着成分と相手側成分が、複合比率で90/10~10/90の範囲にあるよう配置されるのが好ましい。より好ましくは複合比率が70/30~30/70の範囲あるように配置されることであり、更により好ましくは60/40~40/60の範囲あるように配置されることである。この数値範囲とすることにより、繊維としての強度、弾性率、屈曲性を有し、かつ加熱処理により熱接着性複合短繊維同士、または熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維の間で十分な強度を有する熱融着した固着点を形成させることができる。熱接着性複合短繊維の形態としては、特に限定されないが、熱接着成分と相手側成分とが、サイドバイサイド型、芯鞘型または海島型の複合繊維であるのが好ましく、より好ましくは芯鞘型複合繊維であることである。この芯鞘型の熱接着性複合短繊維では、熱接着成分が鞘部となり、相手側成分が芯部となるが、この芯部は同心円状(同心芯鞘型複合短繊維)、または偏心状(偏心芯鞘型複合短繊維)にあってもよい。芯鞘型の複合形態を採用し、熱接着成分を鞘部に配置した複合短繊維は加熱処理により熱接着性複合短繊維同士、および/または熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が交差した状態で十分な強度を有する熱融着した固着点を形成させることができるので好ましい。
かかる熱接着性複合短繊維において、単繊維径としては15~50μmの範囲内であることが好ましい。より好ましくは20~40μmの範囲内であり、更により好ましくは24~30μmの範囲であることである。かかる熱接着性複合短繊維は、繊維長が3~100mmに裁断されていることが好ましい。より好ましくは10~60mmの範囲内であることである。
(繊維構造体)
本発明においては、上記の捲縮短繊維と熱接着性複合短繊維を混合(混綿)させ、カーディング機で開繊し、開繊して得られたウェブを積層し、更に積層物を加熱処理することにより、該熱接着性複合短繊維同士が交差した状態で熱融着された固着点および/または該熱接着性複合短繊維と該捲縮短繊維とが交差した状態で熱融着された固着点とが散在してなる繊維構造体が形成される。より好ましくは、該熱接着性複合短繊維同士が交差した状態で熱融着された固着点および該熱接着性複合短繊維と該捲縮短繊維とが交差した状態で熱融着された固着点とが散在してなる繊維構造体が形成されている事である。
本発明においては、上記の捲縮短繊維と熱接着性複合短繊維を混合(混綿)させ、カーディング機で開繊し、開繊して得られたウェブを積層し、更に積層物を加熱処理することにより、該熱接着性複合短繊維同士が交差した状態で熱融着された固着点および/または該熱接着性複合短繊維と該捲縮短繊維とが交差した状態で熱融着された固着点とが散在してなる繊維構造体が形成される。より好ましくは、該熱接着性複合短繊維同士が交差した状態で熱融着された固着点および該熱接着性複合短繊維と該捲縮短繊維とが交差した状態で熱融着された固着点とが散在してなる繊維構造体が形成されている事である。
この際、捲縮短繊維と熱接着複合短繊維との重量比率は90/10~10/90であることが好ましい。捲縮短繊維と熱接着複合短繊維の重量比率がこの範囲より少ない場合は、固着点が極端に少なくなり、繊維構造体の腰(弾力性)がなくなることがある。また重量比率が少ない場合には、均一性が不十分で、繊維構造体の表面に割れが発生し外観不良となることもある。一方、熱接着複合短繊維の比率がこの範囲より多い場合は、固着点が多くなり過ぎ、加熱処理工程での取扱い性が低下する。より好ましくは捲縮短繊維と熱接着複合短繊維との重量比率は80/20~20/80であり、更により好ましくは65/35~35/65である。本発明の繊維構造体の厚さは30mm以上であることが好ましく、より好ましくは40~300mm、より好ましくは50~250mm、更により好ましくは80~120mmである。繊維構造体の厚さが薄いと、クッション性が不足したり、繊維構造体に繰り返し荷重がかかった際にへたりが起こりやすい場合がある。一方繊維構造体の厚さが厚いと、取扱いが難しい場合、荷重をかけた後の反発が大きすぎて人体に対して負傷・物体に対する物損が起こる場合、鈍角状に折り曲げる事であっても困難になる場合、または生産性が低下する場合があり好ましくない。繊維構造体の密度は10kg/m3以上であることが必要であり、好ましくは15~70kg/m3、より好ましくは20~50kg/m3、更により好ましくは30~45kg/m3である。密度が低いと底つき感の大きなものとなったり、繊維構造体として柔らかすぎるばかりではなく、繰り返し荷重がかかった際におけるへたりが起こりやすい場合がある。一方、密度が高いと繊維構造体全体としての硬度が高くなりすぎ、良好なクッション性が得られない場合があり、クッション性の繰り返し耐久性も悪化する場合がある。
また、本発明の繊維構造体は少なくとも繊維構造体の厚さ方向に3層以上の積層構造を有する。好ましくは4~12層、より好ましくは5~10層、特に好ましくは6~8層である。積層構造を有することによって、単一層の不織布により繊維構造体を製造する場合に比べて、製造工程で発生する可能性のある密度斑、硬さ斑を繊維構造体全体の斑に反映することを抑制できる。また、後述のように繊維構造体の使用目的に応じて、積層する個々の層ごとに層の厚さ、密度、硬さ、短繊維の配列方向を変化させることによって、繊維構造体の製品の厚さ、密度調整も容易になる。その結果、使用目的に応じて積極的に繊維構造体の厚さ、密度、硬さを変更・調整することもできる。個々の層は後述のように繊維クッション材(不織布シート)からなるが、不織布シートの製造工程における製造方法の特徴から、その表面層部分と裏面層部分は、不織布シートの内層部分に比べて、短繊維が密に配置されている場合がある。繊維構造体内におけるその短繊維が密に配置されている部分の有無や数を、適切な倍率の光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡などを用いて観察するにより、その積層構造の境界線(境界面)を観察し、特定することができる。
さらに本発明は、厚さが30mm以上、密度が10kg/m3以上の繊維構造体において、繊維構造体の厚さ方向に3等分した時の、中層部と表層部との硬さの比率が、0.60以上である繊維構造体であることが必要となる。この時表層部の硬さとは、繊維構造体を厚さ方向に3等分した時の表層部と中層部が接している表層部側の硬さではなく、その逆面の硬さを表す。すなわち繊維構造体の表面として露出している側の面の硬さをいう。厚さが30mm以上、密度が10kg/m3以上の繊維構造体において、繊維構造体の厚さ方向に3等分した時の、中層部と表層部との硬さの比率は好ましくは0.70~1.10、より好ましくは0.72~0.95以上である。クッション材として使用される場合、繊維構造体の厚さ方向に3等分した時の中層部と表層部との硬さの比率が、0.60未満の場合、寝具用マットレスとして使用した場合、特に人体の腰の部分、次いで肩の部分等のマットレスの沈み込みが大きい。それゆえ、マットレスに横になった人をマットレスと共に横から見た時にマットレスに横になった人の体がマットレスの上でV字型またはW字型に曲がってしまうことがある。その結果、マットレスに横になった人は寝心地が悪く、腰を痛める可能性もある。また、介護用ベッドマットレスとした場合、ベッドに横になっている人の上半身を起き上がらせるような仕組みを持ったベッドでは、中層部が起点となり、段ボールを折り曲げたような、折れが発生することがある。このような折れが発生しているベッドマットレスを使用した場合、横になっている人が不快に感じ、使用し難いものとなる場合がある。
さらに、本発明における繊維構造体を製造するに当たって、繊維構造体を製造する工程における中間製品である、繊維クッション材(不織布シート)の構成も重要である。そのような繊維クッション材は、後述するように捲縮短繊維と熱接着性複合短繊維を混合(混綿)し加熱処理して得られる。特に繊維クッション材を重ねあわせることは、繊維構造体の製品の厚さ、密度調整も容易であるので好ましい。繊維クッション材の重ね合せのバリエーションとしては、同一物性を有する繊維クッション材を重ね合わせても、2種類以上の物性の異なる繊維クッション材を重ね合わせてもよい。また、繊維クッション材の積層の際には、同様な繊維配列を有しているが厚さ、目付、密度または硬さを変更した繊維クッション材を用いても良い。なお、繊維構造体の少なくとも一部に、使用される繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列された繊維構造体の部分が含まれる繊維クッション材、すなわち短繊維を繊維構造体の厚さ方向に配列された繊維クッション材を用いることで、耐圧分布、クッション感、通気性を改善することができる。より好ましくは、短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列した繊維構造体と、短繊維が厚さ方向と直角方向に配列した繊維構造体の積層部分を有する態様である。
ここで、短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列しているとは、以下の場合を言う。まず、繊維クッション材の厚さ方向に対して平行に配列されている(または厚さ方向に配列されている)繊維とは、図1に示す角度θが0°≦θ≦45°の条件を満足する繊維である。一方、繊維クッション材の厚さ方向に対して直角方向(垂直)に配列されている繊維とは、図1に示す角度θが45°<θ≦90°の条件を満足する繊維である。図1において、波型の曲線が、熱接着性複合短繊維または捲縮短繊維を表している。具体的な測定評価方法としては以下の方法を上げることができる。繊維構造体を厚さ方向に切断し、その断面において、厚さ方向に対して平行に配列されている、捲縮短繊維と熱接着性複合短繊維(図1において0°≦θ≦45°)の総本数をTとし、繊維構造体の厚さ方向に対して垂直方向に配列されている捲縮短繊維と熱接着性複合短繊維(図1において45°<θ≦90°)の総本数をWとする。これらの値からT/Wを算出した。なお、総本数の測定は、任意の10ヶ所について各々30本の繊維を透過型光学顕微鏡で観察し、その数を数えて算出する。この場合において、本発明においては、T/Wが1.25以上である場合を短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列しているといい、T/Wが0.0以上0.80以下である場合を短繊維が繊維構造体の厚さ方向と直角方向に配列しているという。本発明においては、短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列している部分においては、T/Wの値が好ましくは1.28以上、より好ましくは1.30以上、更により好ましくは1.40以上であることである。該T/Wが1.3以上の場合には、繊維クッション材のクッション性、弾力性に優れ、ムレの軽減効果が向上する場合があり、ベッドマットレス用途として好ましい一態様である。
さらに、クッション性等を調整するために、密度、硬さ、大きさ等の物性の異なる繊維クッション材(不織布シート)を組合せ、その繊維クッション材を目的に応じて適切な順序で重ね合わせることが好ましい態様となる。具体的には、繊維構造体の密度、硬さ、厚み等の物性を調整するために、捲縮短繊維の太さ、直径、長さ、種類(天然繊維、無機繊維、合成繊維のいずれであるか、合成繊維である場合は合成繊維を構成する熱可塑性樹脂の種類)、熱接着性短繊維の太さ、直径、長さ、種類(構成する双方の成分の熱可塑性樹脂の種類)、捲縮短繊維と熱接着性短繊維の混合比率(混綿比率)などを変えて製造した2種類以上の繊維クッション材を適切な枚数用いて繊維構造体を製造する方法が採用できる。
また、短繊維が繊維クッション材の厚さ方向に配列している繊維クッション材と、短繊維が繊維クッション材の厚さ方向に対して直角方向(垂直)に配列されているクッション材を積層して製造された繊維構造体であることも好ましい。更に、短繊維が繊維クッション材の厚さ方向に配列している繊維クッション材が、人体が接する上表面に配置されている繊維構造体、または更に物性の異なる繊維クッション材が前記上表面以外の位置に配置されている繊維構造体であることも好ましい。この物性の異なる繊維クッション材とは、構成する短繊維(捲縮短繊維または熱接着性複合短繊維)の太さ、直径、長さおよび種類(天然繊維、無機繊維、合成繊維のいずれであるか、合成繊維の場合は合成繊維を構成する熱可塑性樹脂の種類)、ならびに繊維クッション材における捲縮短繊維と熱接着性複合短繊維との混合比率(混綿比率)、目付、厚さ、密度、および短繊維の配列の少なくとも1つが異なる物性を有する繊維クッション材をいう。更に繊維構造体の表面側と裏面側に同一物性を有する繊維クッション材を配置し、表面側と裏面側の間の内面部分に物性の異なる繊維クッション材を配置されている繊維構造体であることも好ましい。
なお、必要に応じ、繊維構造体の全体ではなく部分的に繊維クッション材の重ね合わせ枚数を変更することも好ましい態様である。具体的には、サイズの異なる繊維クッション材を重ね合わせることである。好ましくは、繊維構造体を構成する繊維クッション材の1枚または2枚以上を、小さいサイズの繊維クッション材を重ね合わせることである。ベッドマットレスとして用いる場合には、人体が接する上表面において他の場所より大きな荷重がかかる両肩の部分および/または腰の部分に小さいサイズの繊維クッション材を多く重ね合せることなどが好ましい態様の一例である。上述した異なる物性を有する繊維クッション材を用いて製造した繊維構造体の模式図の一例を図3と図4に示した。
明細書中の添付図面において、図2は、本発明の繊維構造体の模式図を示している。繊維構造体4の表側と裏側からそれぞれ繊維構造体の内部に向かって、繊維構造体の全体の厚さの1/3の部分までに表層部5があり、その間に中層部6がある。表層部および/または中層部それぞれは、1枚または2枚以上の繊維クッション材(不織布シート)からなっていても良い。一方、繊維構造体が2枚未満の繊維クッション材(不織布シート)からなっている場合または繊維構造体がほぼ同一の厚さであるが3の倍数ではない枚数の繊維クッション材からなる場合等のように、表層部5と中層部6の境界面が、特定の1枚の繊維クッション材(不織布シート)中の厚さ方向に直角な面に存在していても良い。
図3は繊維が厚さ方向に林立している不織布シート7-1を2枚重ね、その下層に繊維が厚さ方向とは直角方向に配列している不織布シート8を4枚重ねた、後述の実施例4において得られる繊維構造体の模式図を表している。このような繊維構造体の場合には、表面側(図3において上側、不織布シート7-1が表面にある面)と、裏面側(図3において下側、不織布シート8が表面にある面)においては硬さが異なるので、ベッドマットレスとして使用する場合等には、個人のベッドマットレス硬さの好みに合わせてリバーシブルのマットレスとして用いることができる。
図4は繊維が厚さ方向に林立している不織布シート7-1を4枚重ね、その上に、サイズが異なり繊維が厚さ方向に林立している不織布シート7-2を1枚重ねている。但し、その繊維構造体7-2は、繊維構造体の全幅と全長の中央部分に重ね合わされる若干小さめのサイズを有する不織布シートである(図4中の7-2)。更にその上に通常サイズの不織布シート7-1を1枚重ねて加熱成形した繊維構造体の模式図を表している。この繊維構造体は、後述の実施例10において得られる繊維構造体の模式図を表している。このような繊維構造体の場合には、ベッドマットレス用途として用いた場合に高い荷重がかかる腰の部分に不織布シート7-2が1枚多く配置されている。従って、繊維構造体の中央部分に高い荷重が繰り返しかかったとしても、繊維構造体のクッション性が維持され、へたり、凹みの発生を抑制することができる。
さらに、長期使用する場合および必要に応じ、繊維マットレスを洗浄した場合において、重ね合わせた繊維クッション材(不織布シート)の各層の層間剥離が発生する場合あり、ベッドマットレスの製品として使用できなくなるため、本発明においては、繊維構造体の層間剥離強度が、5.0N/50mm以上であることが好ましい。より好ましくは8.0N/50mm以上30.0N/50mm以下、更により好ましくは10.0N/50mm以上28.0N/50mm以下、最も好ましくは11.0N/50mm以上25.0N/50mm以下であることである。上述のように、層間剥離強度が所定の値以上の場合には、長期使用により発生する磨滅、日光・電燈の照射、洗濯操作等によって繊維クッション材の層間の強度が弱まりにくくなる。層間の強度が弱まりにくくなると、荷重を掛けなくても反り、うねりが発生することなく、長期間の使用に耐えうる製品となりえる。
(繊維構造体の製造方法)
さらに、繊維構造体は、以下に示した方法により得られる繊維クッション材(不織布シート)を積層して圧縮成形し、1回目の加熱処理を実施し、次いで減圧処理を行い、更に2回目の加熱処理を実施することにより製造することができる。
さらに、繊維構造体は、以下に示した方法により得られる繊維クッション材(不織布シート)を積層して圧縮成形し、1回目の加熱処理を実施し、次いで減圧処理を行い、更に2回目の加熱処理を実施することにより製造することができる。
繊維クッション材の製造方法の1つは以下の方法を例示することができる。捲縮短繊維と熱接着性複合短繊維を重量比率で90/10~10/90となるように混合(混綿)する。ついで、カード工程を経て得られた繊維ウェブを、厚さ方向とは垂直に配列したクロスレイヤー設備等で積層する。次に積層した繊維ウェブを、特開2007―303831号公報の図2に示したような熱処理器(市販品としてはStruto社製Struto設備等が挙げられる。)で駆動ローラーにより設備内に導入する。更に積層した繊維ウェブは、設備内に配置された加熱ローラーが熱接着性複合短繊維の熱接着成分を構成している低融点の熱可塑性樹脂の融点以上に設定された熱風サクション式熱処理機内に、押し込むことによってアコーディオン状に折り畳まれる。このようにアコーディオン状に折り畳まれたウェブから繊維クッション材を製造することにより、ウェブ中の短繊維を繊維クッション材の厚さ方向に配列された繊維クッション材を得ることができる。
繊維クッション材の製造方法の他の方法としては、以下のような方法を挙げることもできる。上記と同様の重量比率で混合(混綿)した綿をカード工程でカーディングし、得られたウェブをクロスレイ法またはエアレイド法等により積層する。次に、熱接着性複合短繊維の熱接着成分を構成している低融点の熱可塑性樹脂の融点以上の温度で積層したウェブの加熱処理を行い、繊維クッション材の厚さ方向とは直角方向(垂直)に短繊維が配列した繊維クッション材を得ることができる。
繊維クッション材を上記の方法等で得た後繊維構造体を製造するに当たっては、繊維クッション材1枚から製造することもできるし、複数枚の繊維クッション材を積層して製造することもできる。それらの繊維クッション材の積層の際には、同一物性を有する繊維クッション材を重ね合わせても、2種類以上の物性の異なる繊維クッション材を重ね合わせてもよい。更に本発明の繊維構造体を製造する際には、3枚以上の繊維クッション材を使用することが好ましい。より好ましくは4~12枚使用することであり、更により好ましくは5~10枚使用することであり、特に好ましくは6~8枚使用することである。本発明の繊維構造体を製造する際に採用可能なより詳細な繊維クッション材の積層形態は、上述のとおりである。
さらに、本出願の繊維構造体を得る製造方法としては、例えば以下の操作による方法を挙げることができる。まず、捲縮短繊維と、該捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂よりも40℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂が熱接着成分としてその表面に配された熱接着性複合短繊維とが重量比率で90/10~10/90となるように混綿して不織布とする。不織布を製造するに当たっては、カーディング機等にかけ短繊維を開繊し繊維ウェブを得て、その繊維ウェブを積層することによって得ることができる。繊維ウェブから繊維クッション材(不織布シート)を製造する方法については上述のとおりである。必要に応じて、この段階で繊維ウェブを構成している短繊維同士の一部または全部を接着させても良い。本発明の繊維構造体の製造方法においては、その後に、繊維クッション材(不織布シート)を1枚または2枚以上を積層し、金型を使用し圧縮成形を行う。圧縮成形を行うにあたって、1回目の加熱処理した後、次いで減圧処理を行い、更に2回目の加熱処理を実施することが好ましい。圧縮成形するに当たっては、繊維クッション材に対して5kPa~10MPaの圧力をかけることができる。さらには、1回目または2回目の加熱処理の少なくともいずれかが、湿熱処理を実施する繊維構造体の製造方法が好ましい。さらには、圧縮成形後、1回目の加熱処理を実施する前に、減圧処理を実施する繊維構造体の製造方法も好ましい。
本発明の繊維構造体を製造する方法としては、熱風、湿熱等により繊維クッション材を構成している熱接着性複合短繊維の低融点の熱接着成分を構成する熱可塑性樹脂を溶融させて、他の熱接着性複合短繊維または捲縮短繊維に固着することで、繊維構造体としての形状を保持できる。繊維構造体は、断熱材としても使用されていることから分かるように、構造体全体として見ると断熱効果が高い。故に、特に、細い短繊維を使用して製造された繊維構造体、厚さが厚い繊維構造体、密度が高い繊維構造体、または厚さ方向に繊維が配列している繊維構造体を含む場合において、金型で繊維クッション材(加熱処理前の繊維構造体)を上下で挟んで成形する方法は、常圧下で導入された加熱された空気または水蒸気等が、繊維構造体の中心部まで入りにくくなることがある。このような場合において、加熱前の繊維構造体の中心部の空気層と、外部から加えられた加熱された空気層を常圧下で置換するためには、多くの時間を要する場合がある。または、完全に空気層を置換することができない場合がある。よって、1度加熱処理した後、金型の内部に対して減圧処理を行い、その後、再度加熱処理することで、先ず1回目の加熱処理後における繊維構造体の中心部の空気を抜くことができる。そして、その後、繊維構造体の中心部の空気層に対しても加熱された空気または水蒸気を導入することができ、繊維構造体の全体で均一な加熱成形加工が可能となる。
さらに加熱処理方法としては湿熱処理を行った場合は、乾熱処理を行った場合と比べると、加熱媒体自体の熱容量等も大きく、均一且つ高速度での加熱成形が可能となる。このような観点から、1回目の加熱処理または2回目の加熱処理の少なくともいずれかにおいて湿熱処理により加熱処理を行うことが好ましい。より好ましくは、1回目および2回目の加熱処理を湿熱処理で行うことである。湿熱処理を行うには、例えば90℃以上、好ましくは95℃以上、より好ましくは100℃以上の常圧または高圧蒸気(スチーム)を、金型で上下に挟まれた繊維クッション材(加熱処理前の繊維構造体)に対して導入する方法等が挙げられる。またこれらの加熱処理、減圧処理の組合せは2回に限定されず、3回以上行っても良い。回数を重ねることで、高密度、高硬度の繊維構造体を製造することができる。また必要に応じてこのような加熱処理、減圧処理を3回以上繰り返すことも好ましい製造方法である。生産性を考慮すると2~5回が好ましい。
特にベッドマットレス用途において、腰部分の耐久性を向上させるため、繊維構造体の密度をアップした場合、特に、回数の違いによる耐久性の差が明確となる。
特にベッドマットレス用途において、腰部分の耐久性を向上させるため、繊維構造体の密度をアップした場合、特に、回数の違いによる耐久性の差が明確となる。
また、1回目の加熱処理を実施する前にも減圧処理を実施することで、加熱前の繊維クッション材(不織布シート)の中心部にある未加熱の空気がある程度取り除かれた後に、加熱された加熱媒体が繊維クッション材(不織布シート)の中心部に供給されるので、繊維クッション材(不織布シート)の中心部にまで加熱媒体が効率よく入り込みやすくなる。さらに、加熱処理した後、減圧処理をすることは、一旦加熱された繊維クッション材(不織布シート)の冷却も早くなり、また、蒸気を使用した湿熱処理を実施する場合、水分を取り除く事にもなるため好ましい。
更に、加熱処理の好ましい条件としては、加熱工程における加熱温度は熱接着性複合短繊維の熱接着成分を構成する熱可塑性樹脂の融点以上融点+40℃以下、好ましくは融点+1℃以上融点+30℃以下、より好ましくは融点+3℃以上融点+20℃以下である。加熱工程における加熱時間は、上記の所定の温度に到達して3分~30分、好ましくは5~20分、より好ましくは8~15分である。減圧処理工程における減圧の圧力値としては1~80kPa、好ましくは3~70kPa、より好ましくは5~50kPaの範囲とすることである。減圧処理工程における減圧処理時間は上記の所定の圧力値に到達してから2分~30分、好ましくは3分~20分、より好ましくは5分~10分である。減圧処理工程を複数回実施する場合には、1回目よりは2回目、2回目よりは3回目の方がより低い圧力値にて減圧工程を実施することも好ましい。なお、加熱処理の際には、金型、金属板等に挟むことより、厚さ、密度、硬さなどの物性が目的とする範囲内となる様に、加圧処理を同時に行っても良い。金属板を用いる場合には、金属板の厚さは1~10mmであり、その金属板には直径1~10mm、好ましくは2~8mmの丸孔、または一辺が1~10mm、好ましくは2~8mmの正方形もしくは長方形の形状の四角形の孔が開いていることが好ましい。孔の配列は丸孔千鳥配列、丸孔並列配列、角孔千鳥配列、角孔並列配列、長角並列などの孔配列パターンを挙げることができる。孔の間の間隔(ピッチ)は50~200mm、好ましくは80~150mmである。金属板に所定の間隔で孔が開いていると、加熱処理前の繊維クッション材の厚さ方向からだけでなく、表面、裏面からも加熱媒体となる、乾燥加熱空気または水蒸気等を導入することができる。また、減圧処理時にはそれらの孔からも乾燥加熱空気または水蒸気等を抜くことができる。故に、より効率的に加熱処理工程、減圧処理工程を進行することができる。また孔が上記の大きさより大きい場合や、間隔が短い場合には、短繊維が他の短繊維と固着点を形成する前に金属板から飛び出す、はみ出す、繊維クッション材から脱離する場合があり、所望する物性を有する繊維構造体を製造することができなくなる場合がある。図5には、表層部5と中層部6からなる繊維構造体11を、孔10の空いた金属板9で挟んで加熱処理を行う際の模式図を示した。
以下、実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。捲縮短繊維、熱接着性複合短繊維、繊維クッション材(不織布シート)、繊維構造体等の各物性は以下の操作に従って測定・評価を行った。
(1)熱可塑性樹脂の融点
複合短繊維を構成している熱可塑性樹脂をサンプリングし、Du Pont社製 示差走査熱分析計990型を使用し、昇温20℃/分で測定し、融解ピークをもとめた。そして、融解ピークのピークトップの温度を熱可塑性樹脂の融点とした。示差走査熱分析計にて融解ピークが明確に観測されない場合には、微量融点測定装置(株式会社柳本製作所製)を用いて融点を求めた。微量融点測定装置の所定の位置に熱可塑性樹脂をセットしてその部分の温度を上昇させ、熱可塑性樹脂が軟化して流動を始めた温度(軟化点)を融点とした。なお、5つの測定サンプルを用いN=5にて微量融点測定装置による測定評価を行い、その平均値を熱可塑性樹脂の融点の値とした。
(2)短繊維の繊維長、単糸繊度、捲縮数
JIS-L1015:2010に記載の、8.4.繊維長、8.5.繊度、8.12.1.捲縮数の各項目に記載の方法に準じて、得られた短繊維(捲縮短繊維、熱接着性複合短繊維)のそれぞれ物性測定評価を行った。
(1)熱可塑性樹脂の融点
複合短繊維を構成している熱可塑性樹脂をサンプリングし、Du Pont社製 示差走査熱分析計990型を使用し、昇温20℃/分で測定し、融解ピークをもとめた。そして、融解ピークのピークトップの温度を熱可塑性樹脂の融点とした。示差走査熱分析計にて融解ピークが明確に観測されない場合には、微量融点測定装置(株式会社柳本製作所製)を用いて融点を求めた。微量融点測定装置の所定の位置に熱可塑性樹脂をセットしてその部分の温度を上昇させ、熱可塑性樹脂が軟化して流動を始めた温度(軟化点)を融点とした。なお、5つの測定サンプルを用いN=5にて微量融点測定装置による測定評価を行い、その平均値を熱可塑性樹脂の融点の値とした。
(2)短繊維の繊維長、単糸繊度、捲縮数
JIS-L1015:2010に記載の、8.4.繊維長、8.5.繊度、8.12.1.捲縮数の各項目に記載の方法に準じて、得られた短繊維(捲縮短繊維、熱接着性複合短繊維)のそれぞれ物性測定評価を行った。
(3)複合繊維の複合形態、複合比率
熱接着性複合短繊維の繊維軸に対して直角方向の断面を走査型電子顕微鏡にて2000倍に拡大して観察し、熱接着性複合繊維の複合形態(サイドバイサイド型、芯鞘型、または海島型等)、複合比率を判断し、複合短繊維断面における各成分の占める面積比率から複合比率を算出した。
(4)短繊維の単繊維径
走査型電子顕微鏡または光学顕微鏡にて、不織布シートまたは繊維構造体の断面写真を撮影した。撮影した断面写真から、任意に5個のサンプルを採取し、捲縮短繊維および複合短繊維それぞれの単繊維径を測定し、その平均値を算出し、それぞれの短繊維の単繊維径とした。
熱接着性複合短繊維の繊維軸に対して直角方向の断面を走査型電子顕微鏡にて2000倍に拡大して観察し、熱接着性複合繊維の複合形態(サイドバイサイド型、芯鞘型、または海島型等)、複合比率を判断し、複合短繊維断面における各成分の占める面積比率から複合比率を算出した。
(4)短繊維の単繊維径
走査型電子顕微鏡または光学顕微鏡にて、不織布シートまたは繊維構造体の断面写真を撮影した。撮影した断面写真から、任意に5個のサンプルを採取し、捲縮短繊維および複合短繊維それぞれの単繊維径を測定し、その平均値を算出し、それぞれの短繊維の単繊維径とした。
(5)短繊維の構成熱可塑性樹脂の種類
得られた短繊維を1H-NMR測定を行い、得られたNMRスペクトルを解析することによって、構成している熱可塑性樹脂の繰り返し単位の化学構造を特定した。
(6)繊維構造体の固着点観察、層構造の観察
製造された繊維構造体の表面または内部を100倍の光学顕微鏡にて観察し、複合短繊維同士の融着による固着か、複合短繊維と捲縮短繊維の融着による固着かを観察した。また同時に、繊維構造体の断面を顕微鏡で観察し、捲縮短繊維または熱接着性複合短繊維の粗密、配列方向の違いより繊維構造体の層構造の確認を行った。
得られた短繊維を1H-NMR測定を行い、得られたNMRスペクトルを解析することによって、構成している熱可塑性樹脂の繰り返し単位の化学構造を特定した。
(6)繊維構造体の固着点観察、層構造の観察
製造された繊維構造体の表面または内部を100倍の光学顕微鏡にて観察し、複合短繊維同士の融着による固着か、複合短繊維と捲縮短繊維の融着による固着かを観察した。また同時に、繊維構造体の断面を顕微鏡で観察し、捲縮短繊維または熱接着性複合短繊維の粗密、配列方向の違いより繊維構造体の層構造の確認を行った。
(7)T/W
繊維構造体を厚さ方向に切断し、その断面において、繊維構造体の厚さ方向に対して平行に配列されている(図1において0°≦θ≦45°)、捲縮短繊維および熱接着性複合短繊維の総本数をTとした。一方、繊維構造体の厚さ方向に対して垂直方向に配列されている(図1において45°<θ≦90°)、捲縮短繊維および熱接着性複合短繊維の総本数をWとしてT/Wを算出した。なお、本数の測定は、任意の10ヶ所について各々30本の繊維を透過型光学顕微鏡で観察し、その数を数えた。その本数から、T/Wを算出した。
繊維構造体を厚さ方向に切断し、その断面において、繊維構造体の厚さ方向に対して平行に配列されている(図1において0°≦θ≦45°)、捲縮短繊維および熱接着性複合短繊維の総本数をTとした。一方、繊維構造体の厚さ方向に対して垂直方向に配列されている(図1において45°<θ≦90°)、捲縮短繊維および熱接着性複合短繊維の総本数をWとしてT/Wを算出した。なお、本数の測定は、任意の10ヶ所について各々30本の繊維を透過型光学顕微鏡で観察し、その数を数えた。その本数から、T/Wを算出した。
(8)繊維構造体の厚さ、目付、密度、および硬さ
JIS K7248:2005に記載の方法により、繊維構造体の厚さを測定し、また、JIS K7222:2005に記載の方法により、繊維構造体の見かけ密度を測定した。JIS K6400-2:2012の6.5項に記載のB法に準じて繊維構造体の硬さを測定した。詳細には以下の様な操作を行った。
(8-1)使用する機器、試料
(8-1-1)硬度計(試験機)
試験機は、垂直方向に速度100±20mm/分で動く加圧板と固定した支持板との間で試験片を圧縮できるものである。また、力を±1N、またはそれ以上の精度で、かつ、圧縮下の試験片の厚さを±0.25mmの精度で測定できるものとする。
(8-1-2)支持板
支持板は試験片より大きく水平で平滑な固い表面を持つものとする。また、試験片の下から空気を逃がすために、約20mm間隔で、直径約6mmの通気孔をもつものとする。
(8-1-3)加圧板
加圧板は、垂直移動で自由に動くようにボールジョイントまたは別の方法で取り付け、直径200~203mmの平らな円盤で下部のエッジは半径1.0~1.3mmのものとする。加圧板の下部表面は、磨き加工をしていない平滑な表面とする。
(8-1-4)試験片
(8-1-4-1)形状および寸法
試験片は一辺が380mmの正方形の大きさのものを採取する。この規定の厚さより薄いシート品の場合は、規定の厚さに近くなるように重ね合わせる。重ね合せた場合または最終製品の場合は、規定の試験片で行った試験結果と一致するとは限らない。方向性のある試料の試験片の場合は、製品が実使用で圧縮される方向と同じ圧縮方向となるように試験片を採取した。本発明においては、圧縮される方向とは繊維構造体の厚さ方向と称する方向である。
(8-1-4-2)試験片のサンプリング方法
なお、測定サンプルは、繊維構造体の中央部より採取した。また、厚さ方向については、厚さ方向に三等分して、中層部と表層部とした。
(8-2)試験操作方法
(8-2-1)予備圧縮
予備圧縮は、次の操作による。
a)試験片の中央が、加圧板の中央となる様に支持板の上に試験片を置く。
b)加圧板で5Nの力を加えたときの加圧板の位置を初期位置とし、その時の試験片の厚さを0.1mmまで読み取り、測定する。その後、速度100±20mm/分で試験片の厚さの70±2.5%まで加圧する。
c)b)の操作の後、同じ速度で加圧板を初期位置に戻す。同様の圧縮および復元の操作を更に2回繰り返す。
(8-2-2)測定方法
予備圧縮捜査終了後、速やかに次の操作を行い、硬さを求めた。
a)加圧板を速度100±20mm/分で試験片の厚さの(25±1)%まで加圧し、30±1%秒間保持後の力を1N単位まで読み取り、硬さの値とした。また、予備圧縮操作および測定操作において、表層部の硬さとは表層部と中層部が接している表層部側ではなく、その逆面、すなわち繊維構造体の最表面側の面の硬さを表す。更になお、本発明においては硬さの測定値を問わず、1N単位で測定値を読み取り、25%圧縮した時の値を硬さの値として採用した。
JIS K7248:2005に記載の方法により、繊維構造体の厚さを測定し、また、JIS K7222:2005に記載の方法により、繊維構造体の見かけ密度を測定した。JIS K6400-2:2012の6.5項に記載のB法に準じて繊維構造体の硬さを測定した。詳細には以下の様な操作を行った。
(8-1)使用する機器、試料
(8-1-1)硬度計(試験機)
試験機は、垂直方向に速度100±20mm/分で動く加圧板と固定した支持板との間で試験片を圧縮できるものである。また、力を±1N、またはそれ以上の精度で、かつ、圧縮下の試験片の厚さを±0.25mmの精度で測定できるものとする。
(8-1-2)支持板
支持板は試験片より大きく水平で平滑な固い表面を持つものとする。また、試験片の下から空気を逃がすために、約20mm間隔で、直径約6mmの通気孔をもつものとする。
(8-1-3)加圧板
加圧板は、垂直移動で自由に動くようにボールジョイントまたは別の方法で取り付け、直径200~203mmの平らな円盤で下部のエッジは半径1.0~1.3mmのものとする。加圧板の下部表面は、磨き加工をしていない平滑な表面とする。
(8-1-4)試験片
(8-1-4-1)形状および寸法
試験片は一辺が380mmの正方形の大きさのものを採取する。この規定の厚さより薄いシート品の場合は、規定の厚さに近くなるように重ね合わせる。重ね合せた場合または最終製品の場合は、規定の試験片で行った試験結果と一致するとは限らない。方向性のある試料の試験片の場合は、製品が実使用で圧縮される方向と同じ圧縮方向となるように試験片を採取した。本発明においては、圧縮される方向とは繊維構造体の厚さ方向と称する方向である。
(8-1-4-2)試験片のサンプリング方法
なお、測定サンプルは、繊維構造体の中央部より採取した。また、厚さ方向については、厚さ方向に三等分して、中層部と表層部とした。
(8-2)試験操作方法
(8-2-1)予備圧縮
予備圧縮は、次の操作による。
a)試験片の中央が、加圧板の中央となる様に支持板の上に試験片を置く。
b)加圧板で5Nの力を加えたときの加圧板の位置を初期位置とし、その時の試験片の厚さを0.1mmまで読み取り、測定する。その後、速度100±20mm/分で試験片の厚さの70±2.5%まで加圧する。
c)b)の操作の後、同じ速度で加圧板を初期位置に戻す。同様の圧縮および復元の操作を更に2回繰り返す。
(8-2-2)測定方法
予備圧縮捜査終了後、速やかに次の操作を行い、硬さを求めた。
a)加圧板を速度100±20mm/分で試験片の厚さの(25±1)%まで加圧し、30±1%秒間保持後の力を1N単位まで読み取り、硬さの値とした。また、予備圧縮操作および測定操作において、表層部の硬さとは表層部と中層部が接している表層部側ではなく、その逆面、すなわち繊維構造体の最表面側の面の硬さを表す。更になお、本発明においては硬さの測定値を問わず、1N単位で測定値を読み取り、25%圧縮した時の値を硬さの値として採用した。
(9)折れ感
少なくとも、幅500mm、長さ1000mmの大きさの繊維構造体を準備した。長さ方向(図6の15)の中央を、折り曲げられる部分(図6中の13、以下折り曲げ部分と称する。)として、繊維構造体の端部を持上げた。折り曲げる前の角度を0度として角度30度(図6中の14の角度)となるように折り曲げた時の、折り曲げ部分の外観を下記の基準項目に沿って判定した。繊維構造体の折り曲げ後の状態については図6を参照のこと。なお、必要に応じ、折り曲げ部分が浮かないように折り曲げ部分を避け水平部分(図6中の矢印4が指示している先の箇所など)をその矢印の方向に荷重をかけるようにしても良い。折れ感が優れていると、人がベッドマットレス上でギャッジ座位(ベッドを昇降させるジャッキ機能を利用して、上半身を起こした状態の仰臥位)の状態であっても、ベッドマットレスが緩やかに湾曲するので、快適に過ごすことができる。
レベル1:繊維構造体の折り曲げ部分の幅方向に折れ筋が明確に見える。
レベル2:繊維構造体の折り曲げ部分の幅方向の一部に折れ筋が見える。
レベル3:繊維構造体の折り曲げ部分の幅方向の一部に折れ筋が見えない。
少なくとも、幅500mm、長さ1000mmの大きさの繊維構造体を準備した。長さ方向(図6の15)の中央を、折り曲げられる部分(図6中の13、以下折り曲げ部分と称する。)として、繊維構造体の端部を持上げた。折り曲げる前の角度を0度として角度30度(図6中の14の角度)となるように折り曲げた時の、折り曲げ部分の外観を下記の基準項目に沿って判定した。繊維構造体の折り曲げ後の状態については図6を参照のこと。なお、必要に応じ、折り曲げ部分が浮かないように折り曲げ部分を避け水平部分(図6中の矢印4が指示している先の箇所など)をその矢印の方向に荷重をかけるようにしても良い。折れ感が優れていると、人がベッドマットレス上でギャッジ座位(ベッドを昇降させるジャッキ機能を利用して、上半身を起こした状態の仰臥位)の状態であっても、ベッドマットレスが緩やかに湾曲するので、快適に過ごすことができる。
レベル1:繊維構造体の折り曲げ部分の幅方向に折れ筋が明確に見える。
レベル2:繊維構造体の折り曲げ部分の幅方向の一部に折れ筋が見える。
レベル3:繊維構造体の折り曲げ部分の幅方向の一部に折れ筋が見えない。
(10)層間剥離強度
本発明において、繊維層Aと繊維層Bの間の層間剥離強度は、以下の方法にて測定した。製造された繊維構造体から幅50mm、長さ150mm、厚さは繊維構造体そのものと同じ厚さの試験片をサンプリングし、層間剥離強度測定用試験片を作成した。なお、試験片の繊維クッション材の層が、繊維構造体の厚さ方向に短繊維が配列している場合は、その試験片のサンプリングの方向とは、繊維構造体の長さ方向とは直角の方向である。すなわち繊維クッション材(不織布シート)の製造工程における幅方向(図7の16参照。)に長く試験片を採取・裁断したものを使用する(図7の17参照。)。この場合の試験片のサンプリング法については図7を参照のこと。なお、試験片が繊維構造体の厚さ方向に配列している場合は、層間剥離強度値の測定値は、N=5枚にて測定評価を行い、その平均値を層間剥離強度の値とする。また、試験片が繊維構造体の厚さ方向に配列していない場合は、層間剥離強度値の測定値は、繊維構造体の長さ方向、幅方向、各N=3枚にて測定評価を行い、その平均値を層間剥離強度の値とする。
なお、層間剥離は、繊維構造体の厚さ方向のほぼ中央付近に観察される積層構造の境界線(境界面)にある層Aと層Bの間にて実施し、この層Aと層Bの間の剥離強度を層間剥離強度とした。前記の層Aと層Bの境界は、上記の「(6)繊維構造体の固着点観察、層構造の観察」の項に記載の手法により繊維構造体の積層構造を観察することにより確定した。繊維構造体の積層構造の境界は、繊維構造体の厚さ方向に平行な方向で且つ試験片の長さ方向にナイフで30mmカットされ、試験片を作成した。次いで、引張試験機を用いて、チャック間を50mmに設定し、前記の試験片を30mmカットした作成された、その2つの試験片の両端をチャックでそれぞれ固定した。引張速度100mm/分で剥離面を100mm剥離させ、最大荷重点を測定し、それを積層不織布の層間剥離強度とした。
繊維構造体の厚さ方向に短繊維が配列している場合は、繊維構造体または(繊維クッション材(不織布シート)の幅方向(図7の16参照。)に沿って短繊維のウェブが折りたたまれた構造をしている。故に、繊維構造体の長さ方向(図7の15参照。)に長く試験片を採取すると(図7の18参照。)、折りたたまれた短繊維のウェブを剥され、ウェブを引き伸ばす際の荷重/歪の寄与が含まれる場合がある。これを防ぐため、試験片を上述した一つの方向からの採取に限定している。
本発明において、繊維層Aと繊維層Bの間の層間剥離強度は、以下の方法にて測定した。製造された繊維構造体から幅50mm、長さ150mm、厚さは繊維構造体そのものと同じ厚さの試験片をサンプリングし、層間剥離強度測定用試験片を作成した。なお、試験片の繊維クッション材の層が、繊維構造体の厚さ方向に短繊維が配列している場合は、その試験片のサンプリングの方向とは、繊維構造体の長さ方向とは直角の方向である。すなわち繊維クッション材(不織布シート)の製造工程における幅方向(図7の16参照。)に長く試験片を採取・裁断したものを使用する(図7の17参照。)。この場合の試験片のサンプリング法については図7を参照のこと。なお、試験片が繊維構造体の厚さ方向に配列している場合は、層間剥離強度値の測定値は、N=5枚にて測定評価を行い、その平均値を層間剥離強度の値とする。また、試験片が繊維構造体の厚さ方向に配列していない場合は、層間剥離強度値の測定値は、繊維構造体の長さ方向、幅方向、各N=3枚にて測定評価を行い、その平均値を層間剥離強度の値とする。
なお、層間剥離は、繊維構造体の厚さ方向のほぼ中央付近に観察される積層構造の境界線(境界面)にある層Aと層Bの間にて実施し、この層Aと層Bの間の剥離強度を層間剥離強度とした。前記の層Aと層Bの境界は、上記の「(6)繊維構造体の固着点観察、層構造の観察」の項に記載の手法により繊維構造体の積層構造を観察することにより確定した。繊維構造体の積層構造の境界は、繊維構造体の厚さ方向に平行な方向で且つ試験片の長さ方向にナイフで30mmカットされ、試験片を作成した。次いで、引張試験機を用いて、チャック間を50mmに設定し、前記の試験片を30mmカットした作成された、その2つの試験片の両端をチャックでそれぞれ固定した。引張速度100mm/分で剥離面を100mm剥離させ、最大荷重点を測定し、それを積層不織布の層間剥離強度とした。
繊維構造体の厚さ方向に短繊維が配列している場合は、繊維構造体または(繊維クッション材(不織布シート)の幅方向(図7の16参照。)に沿って短繊維のウェブが折りたたまれた構造をしている。故に、繊維構造体の長さ方向(図7の15参照。)に長く試験片を採取すると(図7の18参照。)、折りたたまれた短繊維のウェブを剥され、ウェブを引き伸ばす際の荷重/歪の寄与が含まれる場合がある。これを防ぐため、試験片を上述した一つの方向からの採取に限定している。
(11)クッション性
実施例または比較例に記載の繊維マットレスを床に敷き、成人男性が実際に寝た状態において、動かない状態での寝心地(静的寝心地)及び寝返り時の動きやすさ(動的寝心地)についてのクッション性を下記の基準項目に沿って判断した。
レベル1:体全体が繊維マットレス大きく沈み込み、かつ、寝返りが難しい。また、床面の硬さを感じる底つき感がある。
レベル2:体全体が繊維マットレスにやや大きく沈み込み、寝返りがやや難しい。または、体全体が繊維マットレスにほとんど沈み込まない状態であり、寝返りは容易である。さらに、床面の硬さを感じる底つき感がない。
レベル3:体全体が繊維マットレスに適度に沈み込み、かつ、寝返りが容易であり、床面の硬さを感じる底つき感がない。
(12)洗濯耐久性
繊維マットレスの厚みを測定、その後、片持ちドラム方式のマットレス用洗濯装置((株)稲本製作所社製)に、繊維マットレスを丸めて(曲げて)、ドラムの内側側面にセットする。次に、ドラム内を50℃の温水50で満たす、その後、ドラムを回転させて洗浄作業を30分実施し、遠心脱水作業を15分実施した後、ドラム内から繊維マットレスを取り出す。取り出された繊維マットレスを通風乾燥装置(株式会社稲本製作所社製)に平らな状態にして入れて、80℃の温風で30分の乾燥を実施した。その後、繊維マットレスを取り出し、洗濯・乾燥後の厚みを測定し変化率を計算した。
変化率(%)=(洗濯・乾燥後の厚み-洗濯前の厚み)/(洗濯前の厚み)×100
洗濯・乾燥前後の厚みの変化は、繊維構造体の密度、硬さ、クッション性、折れ感等の物性への影響が大きい。故に洗濯・乾燥前後の厚みの変化率は、繊維構造体の各種物性の長期間の使用における耐久性(維持率)を判定する指標となりうる。
実施例または比較例に記載の繊維マットレスを床に敷き、成人男性が実際に寝た状態において、動かない状態での寝心地(静的寝心地)及び寝返り時の動きやすさ(動的寝心地)についてのクッション性を下記の基準項目に沿って判断した。
レベル1:体全体が繊維マットレス大きく沈み込み、かつ、寝返りが難しい。また、床面の硬さを感じる底つき感がある。
レベル2:体全体が繊維マットレスにやや大きく沈み込み、寝返りがやや難しい。または、体全体が繊維マットレスにほとんど沈み込まない状態であり、寝返りは容易である。さらに、床面の硬さを感じる底つき感がない。
レベル3:体全体が繊維マットレスに適度に沈み込み、かつ、寝返りが容易であり、床面の硬さを感じる底つき感がない。
(12)洗濯耐久性
繊維マットレスの厚みを測定、その後、片持ちドラム方式のマットレス用洗濯装置((株)稲本製作所社製)に、繊維マットレスを丸めて(曲げて)、ドラムの内側側面にセットする。次に、ドラム内を50℃の温水50で満たす、その後、ドラムを回転させて洗浄作業を30分実施し、遠心脱水作業を15分実施した後、ドラム内から繊維マットレスを取り出す。取り出された繊維マットレスを通風乾燥装置(株式会社稲本製作所社製)に平らな状態にして入れて、80℃の温風で30分の乾燥を実施した。その後、繊維マットレスを取り出し、洗濯・乾燥後の厚みを測定し変化率を計算した。
変化率(%)=(洗濯・乾燥後の厚み-洗濯前の厚み)/(洗濯前の厚み)×100
洗濯・乾燥前後の厚みの変化は、繊維構造体の密度、硬さ、クッション性、折れ感等の物性への影響が大きい。故に洗濯・乾燥前後の厚みの変化率は、繊維構造体の各種物性の長期間の使用における耐久性(維持率)を判定する指標となりうる。
(13)成形性
各実施例・比較例に記載の条件で準備した成形前繊維クッション材より幅500mm×長さ500mmを切り出して準備する。また、1つの表面に平行に70mm間隔で、高さ30mm、厚み5mm凸部(図8における19)を有し、他方の表面は平らな形状(図8における20)の凹凸形状のあるアルミニウム製金型を1枚準備する。この凸凹形状のあるアルミニウム製金型の形状を図8に示した。この金型の対になるもう一方の金型として、両面が平らなアルミニウム製金型を準備する。次に各実施例・比較例で指定した厚みと同等の厚みが得られるように、上記の2種類のアルミニウム製の金型間の距離を設定し配置する。このとき、凸凹形状のある金型は、凸凹形状のある側が成形加工中に成形前の繊維クッション材に接触するように配置する。その後、各実施例・比較例に記載の温度、時間、圧力の条件で成形加工を実施し、アルミニウム製の金型を取り除く。得られた繊維構造体の断面形状を側面から観察し、繊維構造体に対する凹凸形状の成形性を下記の基準項目に沿って判断した。なお、図9にレベル1~レベル3の各繊維マットレスの形状の模式図を表した。
レベル1:繊維マットレスの凹凸部分の端部が丸くなっている。
レベル2:繊維マットレスの凹凸部分の端部がやや丸くなっている。
レベル3:繊維マットレスの凹凸部分がアルミニウム製の金型と同じ形状となっている。
この成形性の評価は、複雑な形状に成形することが必要となる各種乗物用座席、家具クッション等の用途に好適であるか否かを判定する指標となりうる。
各実施例・比較例に記載の条件で準備した成形前繊維クッション材より幅500mm×長さ500mmを切り出して準備する。また、1つの表面に平行に70mm間隔で、高さ30mm、厚み5mm凸部(図8における19)を有し、他方の表面は平らな形状(図8における20)の凹凸形状のあるアルミニウム製金型を1枚準備する。この凸凹形状のあるアルミニウム製金型の形状を図8に示した。この金型の対になるもう一方の金型として、両面が平らなアルミニウム製金型を準備する。次に各実施例・比較例で指定した厚みと同等の厚みが得られるように、上記の2種類のアルミニウム製の金型間の距離を設定し配置する。このとき、凸凹形状のある金型は、凸凹形状のある側が成形加工中に成形前の繊維クッション材に接触するように配置する。その後、各実施例・比較例に記載の温度、時間、圧力の条件で成形加工を実施し、アルミニウム製の金型を取り除く。得られた繊維構造体の断面形状を側面から観察し、繊維構造体に対する凹凸形状の成形性を下記の基準項目に沿って判断した。なお、図9にレベル1~レベル3の各繊維マットレスの形状の模式図を表した。
レベル1:繊維マットレスの凹凸部分の端部が丸くなっている。
レベル2:繊維マットレスの凹凸部分の端部がやや丸くなっている。
レベル3:繊維マットレスの凹凸部分がアルミニウム製の金型と同じ形状となっている。
この成形性の評価は、複雑な形状に成形することが必要となる各種乗物用座席、家具クッション等の用途に好適であるか否かを判定する指標となりうる。
[実施例1]
テレフタル酸とイソフタル酸とを80/20(モル%)で混合した酸成分とブチレングリコールとを重合した。得られたポリブチレンテレフタレートを38重量%、ポリテトラメチレングリコール(分子量2000)を62重量%となる様に加熱反応させ、ブロック共重合ポリエーテルポリエステルエラストマーを得た。この熱可塑性エラストマーの融点は155℃であった。この熱可塑性エラストマーを鞘部(シース)に配置し、ポリエチレンテレフタレート(融点256℃)を芯部(コア)に配置し、シース/コアの重量比(複合比率)で50/50なるように紡糸して偏心シース・コア型複合繊維(未延伸糸)を得た。得られた複合繊維(未延伸糸)を2.0倍に延伸し、80℃で乾燥し捲縮を発現させた後、油剤を付与し、51mmの繊維長に切断し、熱接着性複合短繊維を得た。該熱接着性複合短繊維の単糸繊度は6.6dtex、捲縮数は13個/2.54cmであった。
テレフタル酸とイソフタル酸とを80/20(モル%)で混合した酸成分とブチレングリコールとを重合した。得られたポリブチレンテレフタレートを38重量%、ポリテトラメチレングリコール(分子量2000)を62重量%となる様に加熱反応させ、ブロック共重合ポリエーテルポリエステルエラストマーを得た。この熱可塑性エラストマーの融点は155℃であった。この熱可塑性エラストマーを鞘部(シース)に配置し、ポリエチレンテレフタレート(融点256℃)を芯部(コア)に配置し、シース/コアの重量比(複合比率)で50/50なるように紡糸して偏心シース・コア型複合繊維(未延伸糸)を得た。得られた複合繊維(未延伸糸)を2.0倍に延伸し、80℃で乾燥し捲縮を発現させた後、油剤を付与し、51mmの繊維長に切断し、熱接着性複合短繊維を得た。該熱接着性複合短繊維の単糸繊度は6.6dtex、捲縮数は13個/2.54cmであった。
次いで、該熱接着性複合短繊維40重量%と、捲縮短繊維として常法にて得られたポリエチレンテレフタレート短繊維(単糸繊度13.0dtex、繊維長64mm、捲縮数9個/2.54cm、断面形状は円形で中心に丸中空が1個ある形状、融点256℃)60重量%とを混綿し、通常のカード機でウェブを作製した。得られたウェブを、Struto社製Struto設備を用いて、ウェブを厚さ方向に折畳み、すぐに、熱風サクション式熱処理機(熱風200℃)で5分間処理し繊維クッション材を得た。この繊維クッション材(不織布シート)においてはT/Wが1.50以上と繊維が繊維クッション材の厚さ方向に林立しており、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維とが繊維クッション材の厚さ方向に配列していた。なお、繊維クッション材の目付は750g/m2、厚さ25mmであった。また、熱接着性複合短繊維の単繊維径は26.0μm、捲縮短繊維の単繊維径は36.0μmであった。この不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、6枚重ねた。ところどころに孔の開いた金属板2枚を準備した。重ねあわせた不織布シートをその金属板2枚で挟み、圧縮成形、次いで減圧処理を行った後、高圧蒸気による湿熱処理にて加熱成形加工を行い、繊維構造体を製造した。なお、金属板の孔の大きさは3~5mmΦで100mmピッチの千鳥配置であった。
圧縮成形後の繊維構造体の加熱成形加工条件および物性は、表2、表3のとおりであった。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。製造された繊維構造体は6層構造を有しており、これを実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
[実施例2]
実施例1と同じ原綿配合を使用し、不織布製造工程では、カードで開繊後、クロスレイヤーを使用しウェブを得た。得られたウェブを厚さ方向に折り畳んだシート状とし、アラミドネットで両側を挟んだ状態で、熱風200℃の熱風サクション式熱処理機で加熱処理をして不織布シートを得た。なお、不織布シートの目付は、600g/m2、厚さ30mmであった。T/Wは0.10であり、繊維が不織布シートの厚さ方向とは直角方向になっていた。この不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、7枚重ねた。ところどころに孔の開いた実施例1で用いたものと同じ金属板2枚を準備した。重ねあわせた不織布シートを実施例1と同様にその金属板2枚で挟み、圧縮成形、次いで減圧処理を行った後、高圧蒸気による湿熱処理にて加熱成形加工を行い、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
実施例1と同じ原綿配合を使用し、不織布製造工程では、カードで開繊後、クロスレイヤーを使用しウェブを得た。得られたウェブを厚さ方向に折り畳んだシート状とし、アラミドネットで両側を挟んだ状態で、熱風200℃の熱風サクション式熱処理機で加熱処理をして不織布シートを得た。なお、不織布シートの目付は、600g/m2、厚さ30mmであった。T/Wは0.10であり、繊維が不織布シートの厚さ方向とは直角方向になっていた。この不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、7枚重ねた。ところどころに孔の開いた実施例1で用いたものと同じ金属板2枚を準備した。重ねあわせた不織布シートを実施例1と同様にその金属板2枚で挟み、圧縮成形、次いで減圧処理を行った後、高圧蒸気による湿熱処理にて加熱成形加工を行い、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
圧縮成形後の繊維構造体の加熱成形加工条件および物性は、表2、表3のとおりであった。製造された繊維構造体は7層構造を有しており、これを実際にベッドマットレス用途として使用したところ、クッション感がかなりすぐれ、折れ曲がり(折れ感)のきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
[実施例3]
実施例1の熱接着性複合短繊維の代わりに、芯鞘型複合共重合ポリエステル繊維を使用した。繊維長は51mm、単糸繊度は4.4dtex、捲縮数は13個/2.54cmであった。単繊維断面形状は中実丸断面であった。この芯鞘型複合共重合ポリエステル繊維を50重量%、実施例1で用いた捲縮短繊維を50重量%、実施例1,2と同じ捲縮短繊維を用いて不織布シートを作成した。
実施例1の熱接着性複合短繊維の代わりに、芯鞘型複合共重合ポリエステル繊維を使用した。繊維長は51mm、単糸繊度は4.4dtex、捲縮数は13個/2.54cmであった。単繊維断面形状は中実丸断面であった。この芯鞘型複合共重合ポリエステル繊維を50重量%、実施例1で用いた捲縮短繊維を50重量%、実施例1,2と同じ捲縮短繊維を用いて不織布シートを作成した。
なお、この芯鞘型複合共重合ポリエステル繊維は、融点が110℃の共重合ポリエステルを鞘成分に配し、通常のポリエチレンテレフタレートを芯成分に配した芯鞘型複合短繊維である。その共重合ポリエステルとは、テレフタル酸とイソフタル酸とを60/40(モル%)で共重合したジカルボン酸成分と、エチレングリコールとジエチレングリコールとを85/15(モル%)で共重合したジオール成分とからなる共重合ポリエステルである。そして、ところどころに孔の開いた実施例1で用いたものと同じ金属板2枚を準備した。不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、6枚重ねた。重ねあわせた不織布シートを実施例1で使用した孔の開いた金属板2枚で挟み、圧縮成形、次いで減圧処理を行った後、高圧蒸気による湿熱処理にて加熱成形加工を行い、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
なお、熱接着性複合短繊維の短繊維径は、21μmであった。圧縮成形後の繊維構造体の加工条件および物性は、表2、表3のとおりであった。熱接着性複合短繊維の構成の変更に伴い、実施例1および実施例2の加工条件から変更した。製造された繊維構造体は6層構造を有しており、これを実際にベッドマットレス用途として使用したところ、クッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
[実施例4]
実施例1と同じ、重量が750g/m2、厚さ25mm、T/Wが1.50以上と繊維が厚さ方向に林立している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、裁断した不織布シートを2枚重ねた。その下層に実施例2と同じ、重量が600g/m2、厚さ30mm、T/Wが0.10と繊維が厚さ方向とは垂直方向に配列している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し4枚重ねた。重ねあわせた不織布シートを実施例1で使用した孔の開いた金属板2枚で挟み、圧縮成形、次いで減圧処理を行った後、高圧蒸気による湿熱処理にて加熱成形加工を行い、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
実施例1と同じ、重量が750g/m2、厚さ25mm、T/Wが1.50以上と繊維が厚さ方向に林立している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、裁断した不織布シートを2枚重ねた。その下層に実施例2と同じ、重量が600g/m2、厚さ30mm、T/Wが0.10と繊維が厚さ方向とは垂直方向に配列している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し4枚重ねた。重ねあわせた不織布シートを実施例1で使用した孔の開いた金属板2枚で挟み、圧縮成形、次いで減圧処理を行った後、高圧蒸気による湿熱処理にて加熱成形加工を行い、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
圧縮成形後の繊維構造体の加工条件および物性は、表2、表3のとおりであった。製造された繊維構造体は6層構造を有していた。この繊維構造体を、人体が接する上表面をT/Wが1.50以上の不織布シートがある面にして、実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
[実施例5]
実施例1において幅900mm、長さ2000mmに裁断した不織布シートを6枚重ねる代わりに、10枚重ね、減圧処理と湿熱処理を行う時間を変更したこと以外は、実施例1と同様な条件にて繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
製造された繊維構造体は10層構造を有しており、製造された繊維構造体を実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
実施例1において幅900mm、長さ2000mmに裁断した不織布シートを6枚重ねる代わりに、10枚重ね、減圧処理と湿熱処理を行う時間を変更したこと以外は、実施例1と同様な条件にて繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
製造された繊維構造体は10層構造を有しており、製造された繊維構造体を実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
[実施例6]
実施例1において13.0dtexの捲縮短繊維と6.6dtexの熱接着性複合短繊維を用いる代わりに、30.0dtexの捲縮短繊維と15.0dtexの熱接着性複合短繊維を使ったこと以外は、実施例1と同様な条件にて繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
製造された繊維構造体は6層構造を有しており、製造された繊維構造体を実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
実施例1において13.0dtexの捲縮短繊維と6.6dtexの熱接着性複合短繊維を用いる代わりに、30.0dtexの捲縮短繊維と15.0dtexの熱接着性複合短繊維を使ったこと以外は、実施例1と同様な条件にて繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
製造された繊維構造体は6層構造を有しており、製造された繊維構造体を実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
[実施例7]
実施例1で用いた不織布シートと同じ、重量750g/m2、厚さ25mm、T/Wが1.50以上と繊維が厚さ方向に林立している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、これを2枚重ねた。その下層に実施例2で用いた不織布シートと同じ、重量600g/m2、厚さ30mm、T/Wが0.10と繊維が厚さ方向とは垂直方向に配列している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、これを2枚重ねた。更にその下層に実施例1で用いた不織布シートと同じT/Wが1.50以上と繊維が厚さ方向に林立している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、これを2枚重ねた。その結果、T/Wが1.50以上の不織布シートが2層、T/Wが0.10の不織布シートが2層、T/Wが1.50以上の不織布シートが2層と、この順で重ねられている不織布シートの積層物を得た。その後は、実施例4と同様な条件にて圧縮成形、次いで減圧処理を行った後、高圧蒸気による湿熱処理にて加熱成形加工を行い、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
製造された繊維構造体は6層構造を有しており、製造された繊維構造体を実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
実施例1で用いた不織布シートと同じ、重量750g/m2、厚さ25mm、T/Wが1.50以上と繊維が厚さ方向に林立している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、これを2枚重ねた。その下層に実施例2で用いた不織布シートと同じ、重量600g/m2、厚さ30mm、T/Wが0.10と繊維が厚さ方向とは垂直方向に配列している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、これを2枚重ねた。更にその下層に実施例1で用いた不織布シートと同じT/Wが1.50以上と繊維が厚さ方向に林立している不織布シートを幅900mm、長さ2000mmに裁断し、これを2枚重ねた。その結果、T/Wが1.50以上の不織布シートが2層、T/Wが0.10の不織布シートが2層、T/Wが1.50以上の不織布シートが2層と、この順で重ねられている不織布シートの積層物を得た。その後は、実施例4と同様な条件にて圧縮成形、次いで減圧処理を行った後、高圧蒸気による湿熱処理にて加熱成形加工を行い、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
製造された繊維構造体は6層構造を有しており、製造された繊維構造体を実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
[実施例8]
実施例4において重ねあわせた不織布シートの繊維が厚さ方向に林立している不織布シートが表面にある側に、ユニセル(株)製の25g/m2の長繊維不織布を更に配置したこと以外は、実施例4と同様な条件にて繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
製造された繊維構造体は6層構造の上に極薄の不織布が積層された構造を有しており、この繊維構造体を、人体が接する上表面を長繊維不織布がある面にして、実際にベッドマットレス用途として使用したところ、クッション感がかなりすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。なお、ベッドマットレスを布帛の側生地の中に挿入する場合、長繊維不織布により、厚さ方向に林立している繊維が摩擦を低減させ、側生地への挿入が容易であった。厚さ方向に林立している繊維と側生地を構成している繊維との間に働く摩擦力が、厚さ方向と垂直方向に配列している繊維と側生地を構成している繊維との間に働く摩擦力より小さいためであると考えられる。
実施例4において重ねあわせた不織布シートの繊維が厚さ方向に林立している不織布シートが表面にある側に、ユニセル(株)製の25g/m2の長繊維不織布を更に配置したこと以外は、実施例4と同様な条件にて繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。
製造された繊維構造体は6層構造の上に極薄の不織布が積層された構造を有しており、この繊維構造体を、人体が接する上表面を長繊維不織布がある面にして、実際にベッドマットレス用途として使用したところ、クッション感がかなりすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。なお、ベッドマットレスを布帛の側生地の中に挿入する場合、長繊維不織布により、厚さ方向に林立している繊維が摩擦を低減させ、側生地への挿入が容易であった。厚さ方向に林立している繊維と側生地を構成している繊維との間に働く摩擦力が、厚さ方向と垂直方向に配列している繊維と側生地を構成している繊維との間に働く摩擦力より小さいためであると考えられる。
[実施例9]
実施例1において750g/m2、厚さ25mm、T/Wが1.50以上と繊維が厚さ方向に林立している不織布シートの表層の表側2層および裏面側2層の代わりに、550g/m2、厚さ25mm、T/Wが1.30である繊維が厚さ方向に林立している不織布を表側2層、裏面側2層配置して、6層の不織布シートの積層物を得た。その後は、実施例1と同様な条件にて繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。製造された繊維構造体は6層構造を有しており、製造された繊維構造体を実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
実施例1において750g/m2、厚さ25mm、T/Wが1.50以上と繊維が厚さ方向に林立している不織布シートの表層の表側2層および裏面側2層の代わりに、550g/m2、厚さ25mm、T/Wが1.30である繊維が厚さ方向に林立している不織布を表側2層、裏面側2層配置して、6層の不織布シートの積層物を得た。その後は、実施例1と同様な条件にて繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。製造された繊維構造体は6層構造を有しており、製造された繊維構造体を実際にベッドマットレス用途として使用したところ、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。
[実施例10]
実施例1と同様に不織布シートを6枚準備し、そのうちの一枚のみ、長さ700mm、幅700mmを裁断した。この不織布シートを、表層より2層目で、ベッドマットレス用途に使う時に人体の腰の部分にあたる位置に配置し、実施例1と同様の条件で、減圧処理、加熱処理を実施し、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。製造された繊維構造体は
ベッドマットレス用途に使う時に人体の腰の部分にあたる位置は6層構造を、それ以外の部分は5層構造を有していた。
この繊維構造体を、700mm×700mmに裁断した不織布シートが人体が接する上表面から2層目になるようにして、これを実際にベッドマットレス用途として使用したところ、腰の部分がしっかりし、他の部分がソフトなベッドマットレスであった、また、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。なお、硬さ、層間剥離強度は、6層構造の部分からサンプリングを行い、物性測定を実施した。
実施例1と同様に不織布シートを6枚準備し、そのうちの一枚のみ、長さ700mm、幅700mmを裁断した。この不織布シートを、表層より2層目で、ベッドマットレス用途に使う時に人体の腰の部分にあたる位置に配置し、実施例1と同様の条件で、減圧処理、加熱処理を実施し、繊維構造体を製造した。出来上がった繊維構造体を光学顕微鏡で観察したところ、熱接着性複合短繊維同士が熱融着した固着点と、熱接着性複合短繊維と捲縮短繊維が熱融着した固着点が散在していることが観察された。製造された繊維構造体は
ベッドマットレス用途に使う時に人体の腰の部分にあたる位置は6層構造を、それ以外の部分は5層構造を有していた。
この繊維構造体を、700mm×700mmに裁断した不織布シートが人体が接する上表面から2層目になるようにして、これを実際にベッドマットレス用途として使用したところ、腰の部分がしっかりし、他の部分がソフトなベッドマットレスであった、また、非常にクッション感がすぐれ、折れ曲がり(折れ感)の非常にきれいなものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。なお、硬さ、層間剥離強度は、6層構造の部分からサンプリングを行い、物性測定を実施した。
[比較例1]
実施例1において、表2に記載の加工条件に変更して、繊維構造体を作成した。実際にベッドマットレス用途として使用したところ、底つき感があり、折れ曲がりの状態が段ボールを折り曲げた状態に似た、座屈した成形品のように折れ曲がるものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。実施例1と対比して、中層部と表層部の硬さの比率の数値が小さいためであると考えられる。
実施例1において、表2に記載の加工条件に変更して、繊維構造体を作成した。実際にベッドマットレス用途として使用したところ、底つき感があり、折れ曲がりの状態が段ボールを折り曲げた状態に似た、座屈した成形品のように折れ曲がるものであった。繊維構造体を製造するのに用いた短繊維と不織布シートの物性を表1に、繊維構造体の製造条件を表2に、繊維構造体の物性評価の結果を表3に示した。実施例1と対比して、中層部と表層部の硬さの比率の数値が小さいためであると考えられる。
本発明によれば、寝具用マット、ベッドの上掛けその他の寝具、各種乗物用座席、家具クッション等に適した、快適性に優れる繊維構造体が得られ、その工業的価値は極めて大である。
1:熱接着性複合短繊維または捲縮短繊維(曲線で示されている)
2:繊維構造体の厚さ方向
3:熱接着性複合短繊維または捲縮短繊維の配列方向
4:繊維構造体(正面図または側面図)
5:繊維構造体の表層部
6:繊維構造体の中層部
7-1:短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列された不織布シート(通常サイズ)
7-2:短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列された不織布シート(小さいサイズ)
8:短繊維が繊維構造体の厚さ方向と直角方向に配列された不織布シート(通常サイズ)
9:加熱処理する際に、加熱前の繊維構造体(1枚の不織布シート、またはその積層体)の上下に配置する金属板
10:金属板に空いている孔
11:繊維構造体(斜視図)
12:繊維構造体(立面図)
13:繊維構造体を折り曲げる際の折り曲げられる部分(繊維構造体の長さ方向の中央部)
14:折り曲げ角度
15:繊維構造体または繊維クッション材(不織布シート)の長さ方向
16:繊維構造体または繊維クッション材(不織布シート)の幅方向
17:剥離強度測定サンプルとして適切なサンプリングの一例
18:剥離強度測定サンプルとして適切でないサンプリングの一例
19:成形性評価で使用するアルミニウム製金型における厚みのある凸部分
20:成形性評価で使用するアルミニウム製金型における表面は平らな形状の部分
2:繊維構造体の厚さ方向
3:熱接着性複合短繊維または捲縮短繊維の配列方向
4:繊維構造体(正面図または側面図)
5:繊維構造体の表層部
6:繊維構造体の中層部
7-1:短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列された不織布シート(通常サイズ)
7-2:短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列された不織布シート(小さいサイズ)
8:短繊維が繊維構造体の厚さ方向と直角方向に配列された不織布シート(通常サイズ)
9:加熱処理する際に、加熱前の繊維構造体(1枚の不織布シート、またはその積層体)の上下に配置する金属板
10:金属板に空いている孔
11:繊維構造体(斜視図)
12:繊維構造体(立面図)
13:繊維構造体を折り曲げる際の折り曲げられる部分(繊維構造体の長さ方向の中央部)
14:折り曲げ角度
15:繊維構造体または繊維クッション材(不織布シート)の長さ方向
16:繊維構造体または繊維クッション材(不織布シート)の幅方向
17:剥離強度測定サンプルとして適切なサンプリングの一例
18:剥離強度測定サンプルとして適切でないサンプリングの一例
19:成形性評価で使用するアルミニウム製金型における厚みのある凸部分
20:成形性評価で使用するアルミニウム製金型における表面は平らな形状の部分
Claims (11)
- 捲縮短繊維と、該捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂よりも40℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂が、熱接着成分としてその表面に配された熱接着性複合短繊維とが重量比率で90/10~10/90となるように混合され、該熱接着性複合短繊維同士が交差した状態で熱融着された固着点および/または該熱接着性複合短繊維と前記捲縮短繊維とが交差した状態で熱融着された固着点とが散在した、厚さが30mm以上、密度が10kg/m3以上の繊維構造体であり、
該繊維構造体は、少なくとも厚さ方向に3層以上の積層構造を有し、前記繊維構造体の厚さ方向に3等分した時の中層部と表層部との硬さの比率が、0.60以上である繊維構造体。 - 前記繊維構造体を構成する、捲縮短繊維がポリエステル繊維である、請求項1に記載の繊維構造体。
- 前記捲縮短繊維の単繊維径が9~100μmの範囲内であり、前記熱接着性複合短繊維の単繊維径が15~50μmの範囲内である、請求項1~2のいずれか1項に記載の繊維構造体。
- 前記繊維構造体の厚さが40~300mmの範囲内である、請求項1~3のいずれか1項に記載の繊維構造体。
- 前記繊維構造体の密度が15~70kg/m3の範囲内である、請求項1~4のいずれか1項に記載の繊維構造体。
- 前記繊維構造体の層間剥離強度が、5.0N/50mm以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の繊維構造体。
- 前記繊維構造体の少なくとも一部に、使用される繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列された繊維構造体を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の繊維構造体。
- 短繊維が繊維構造体の厚さ方向に配列した繊維構造体と、短繊維が繊維構造体の厚さ方向と直角方向に配列した繊維構造体の積層部分を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載の繊維構造体。
- 捲縮短繊維と、該捲縮短繊維を構成する熱可塑性樹脂よりも40℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂が、熱接着成分としてその表面に配された熱接着性複合短繊維とが重量比率で90/10~10/90となるように混合して不織布とした後に、該不織布を1枚または2枚以上を積層し、金型を使用し該1枚の不織布または不織布積層体に対して圧縮成形を行う、
厚さが30mm以上、密度が10kg/m3以上の繊維構造体の製造方法であって、
圧縮成形後に1回目の加熱処理を実施し、次いで減圧処理を行い、更に2回目の加熱処理を実施することを特徴とする繊維構造体の製造方法。 - 1回目の加熱処理または2回目の加熱処理の少なくともいずれかが、湿熱処理である請求項9に記載の繊維構造体の製造方法。
- 圧縮成形後、1回目の加熱処理を実施する前に、減圧処理を実施する、請求項9~10のいずれか1項に記載の繊維構造体の製造方法。
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