専門市場 — 複合繊維

それ以来、シース/コアバインダー繊維は広く受け入れられるようになり、より高度な二成分技術によって提供される広範囲の強化された性能機能を備えた二成分ステープルファイバー、トウ、およびフィラメント糸の導入の準備が整いました。 より高度な可能性の商業化における重要な一歩は、フロリダ州メルボルンに本拠を置くヒルズ社による、光化学エッチングを使用したスピンパック部品の製造プロセスの発明でした。 この進歩により、ポリマー流路の制御の精度と精度が向上し、同時に部品のコストも削減されました。 その後、Fiber Innovation Technology, Inc. (FIT) が 1996 年にテネシー州ジョンソンシティに設立され、単一ポリマーの商品に焦点を当てたポリマー製造業者の支配を受けない特殊繊維製造業者として設立されました。 入手可能なすべての熱可塑性材料にアクセスし、ヒルズのテクノロジーを使用することで、FIT は比較的短期間で幅広い用途に多数の異なる複合繊維タイプを開発することができました。 その結果、繊維の消費者は現在、最も単純な二成分繊維が最初に導入されたときよりも指数関数的に幅広い性能特性を備えた、ほぼ無限の種類の二成分繊維の商業供給にアクセスできるようになりました。

高度にカスタマイズされた繊維特性現在、複合繊維に使用されるポリマーの選択は、ポリエチレン テレフタレート (PET)、ナイロン、ポリプロピレン (PP) などの少数の汎用ポリマーに限定されません。 その代わりに、ポリシクロヘキサンジメタノール 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、PET グリコール、および幅広いコポリエステルを含むポリエステルの全範囲が、ポリ乳酸やポリヒドロキシアルカノエートなどの脂肪族ポリエステルによって強化されており、これらのポリエステルは、再生可能な資源。 ナイロン 6、6、6、11、12 を含むポリアミドおよびポリオレフィンでも同様の範囲拡張が可能です。 コポリアミド; 高密度ポリエチレン (PE); 線状低密度PE。 シンジオタクチックPP; そしてポリメチルペンテン。 しかし、おそらく最も興味深い新たな可能性は、エンジニアリングポリマーの組み込みである。エンジニアリングポリマーの特性は一般的に優れているが、そのコストのせいで従来、汎用繊維用途での使用は研究できなかった。 これらのポリマーのリストは長く、ほんの数例を挙げると、ポリフェニレンスルフィド、アセタール、アイオノマー、ポリビニルアルコール、ポリエーテルイミド、熱可塑性ポリウレタンなどが含まれます。

新しく拡張されたポリマーの選択肢に加えて、ヒルズのテクノロジーと FIT によるパックパーツの革新によって可能になった、はるかに多様な二成分断面が追加されました。 これで、繊維断面のほぼどこにでもポリマーを配置できるようになりました (図 2 を参照)。

また、選択を円形ファイバーに限定する必要もなくなりました。 異形断面繊維は、2 つのポリマーを使用して共押出成形することもできます (図 3 を参照)。

図 3: 複合繊維は、上に示したものを含むさまざまな形状の断面で押し出すこともできます。

最後に、単一ポリマー繊維に使用できるポリマー添加剤の全範囲を、複合繊維の一方または両方のポリマーに使用して、目標の性能特性を達成することもできます。 これらの添加剤には、着色剤、難燃剤、抗菌剤、導電性材料、カーボン ナノチューブなどが含まれます。

この非常に大きな材料特性のマトリックスと、それらを各繊維に組み合わせる方法を考慮すると、複合繊維がもはや 1 つのトリックだけでできるものではないことが明らかです。 かつて、ファブリックの設計とは、汎用繊維の固定特性をさまざまな用途に合わせて最適化することを意味していましたが、現在では複合繊維により、繊維の性能を細かく調整する方法が提供されています。 各アプリケーションは、そのアプリケーションの特定のニーズに合わせて正確に調整されたファイバーを探すことができるようになりました。

複合繊維の使用例複合繊維のさまざまな最終用途は非常に多く、簡単な記事で説明することはできませんが、いくつかの実例を以下に説明します。

基本的な鞘・芯バインダーファイバーも初期からアップデートされています。 現在、ポリエステル、ポリアミド、およびポリオレフィンのさまざまなコポリマーを利用できるため、望ましい熱結合挙動を正確にターゲットにすることができます。 接合温度は約110℃の低温から約180℃の高温まで設定可能です。 この範囲外の結合ポリマーを選択することも可能ですが、これらのオプションには重大な注意が必要となる場合があります。 接着温度を超えると、接着ポリマーの接着特性を調整して、極性表面または非極性表面により良く接着することができます。 また、ポリマーの結晶性を調整して、溶融温度範囲をより広く、またはより狭くすることができます。 ポリウレタンフォームの代わりにシートクッションとして使用されるハイロフト不織布のバインダー繊維には、弾性回復力のあるシースポリマーが使用されているため、接着点に繰り返し応力が加わっても接着が破壊されません。

基本的なシース/コア断面は、エンジニアリングポリマーを必要とする多くの用途にも役立ちます。 通常、このような用途は、より珍しい、より高価なポリマーの表面特性に完全に依存します。 このような場合、繊維のコアを適切な低コストのポリマーで作成することで、表面ポリマーのみで作られた繊維よりもはるかに低い材料コストで、より高価なポリマーの利点をすべて実現できます。

並列した二成分繊維は通常、2 つのポリマー間の収縮の違いに依存します。 繊維が物理的に拘束されていない場合、生地形成プロセスのどの時点でも、熱を加えると収縮が引き起こされる可能性があります。 2 つのポリマーは異なる速度で収縮するため、繊維はらせん状にカールすることで結果として生じる張力を解消します。 この動作により、用途に応じたタイミングと場所でファブリックを平らにし、その後嵩高にすることができます。

通常、パイウェッジ断面はマイクロファイバーの製造に使用されます。 マイクロファイバーの直接紡糸は難しく、フィラメントあたり約 0.3 ～ 0.5 デニール (dpf) 未満では事実上不可能であり、スループットが低いため高価です。 しかし、2 ～ 3 dpf のパイウェッジ ファイバーはスループットの制限を受けず、ファイバーおよびファブリックの製造プロセスを通じて堅牢です。 これらの繊維から不織布ウェブが形成されると、機械的撹拌（通常は水流交絡プロセス）を行うことができ、これによりセグメントがマイクロファイバー（通常、二成分繊維あたり約 16 個のセグメント）に分割されます。 その結果、直接紡糸されたマイクロファイバーを使用して製造されたものと比較して、大幅にコストが削減されたマイクロファイバー生地が得られます。 この断面の中空バージョンと部分ラップ バージョンは、繊維の相対的な分割性を調整できるように改良されたものです。

海・島の断面からもマイクロファイバーが発生します。 この場合、海のポリマーは適切な溶媒 (通常は軽い熱い苛性浴または温水) に溶解することで簡単に除去できます。 海や島の繊維で作られた生地を溶剤に通すと、マイクロファイバー生地が生まれます。 このアプローチでは、繊維の一部が排水管に流されるため、コストがかかります。 しかし、海や島の技術で作られた最小のマイクロファイバーは、機械的分割技術を使用して達成できるマイクロファイバーよりもはるかに小さいです。

タガント断面は、FIT が当初、その機能を誇示するためだけに開発したものです。 しかしそれ以来、同社は、繊維の断面にロゴやその他の複雑な形状を含めることが、責任保護が必要な用途のタガント繊維に価値があることを発見しました。 ロゴは、マシン ビジョン システムで読み取ることができる 2 次元バーコードにすることもでき、それによって大量の情報が密かに製品に組み込まれます。 タグ付き製品は繊維製品である必要はありませんが、電子機器、医薬品、宝石、爆発物、または法医学的識別が価値がある用途で使用される事実上あらゆるものを含めることができます。

今後の方向性もちろん、これで話は終わりではありません。 イノベーションは継続し、テクノロジーをこの段階に到達させた進歩に基づいて発展していきます。 すでに、2 種類だけではなく 3 種類の異なるポリマーを各繊維に共押出する三成分紡糸システムが開発されています。 また、より単純な二成分断面の一部は、中間製品として繊維を形成することなく、フィラメントが直接不織ウェブに押し出されるスパンボンド生地に現れています。 断面を形成するポリマー制御の精度も進化を続けています。 FIT が最初に形成されたとき、最新技術は 0.02 dpf もの微細なマイクロファイバーを製造できる海/島繊維内の 37 個の島でした。 近年、ヒルズは各繊維断面に何百もの島を詰めることができるスピンパックを製造しており、これによりサブミクロンのマイクロファイバーの製造が可能になっています。 1 つの海/島の断面図でも 10,000 近くの島があります。 そして、エレクトロスピニング技術がゆりかごから出てくる前に、研究者はポリマー溶融物ではなくポリマー溶液を使用して、二成分エレクトロスピニングフィラメントの実験を始めています。

これらの進歩の一部が広く利用可能になるまで待つ必要がありますが、今日商業生産が可能な二成分技術の状態を考えると、正確な性能を提供するステープルファイバーやフィラメント糸を待つ必要はもはやないかもしれません。特定のアプリケーションが必要とします。

編集者注: Jeffrey S. Dugan は、Fiber Innovation Technology Inc. の研究担当副社長です。

2010 年 7 月/8 月