JPH026854B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維束の開繊方法と装置に関する。更
に詳しくは繊維束に静電気を付与して帯電せしめ
その反撥力で開繊する為の新規な方法と装置に関
する。

従来から繊維に静電気を付与して開繊する方法
は種々提案されている。例えば特公昭48−34544
公報には繊維束を１対の対向する高電圧の印加さ
れたベルトの間にベルトよりも速い速度でフイー
ドし、静電荷を帯びた繊維を互に反撥せしめ開繊
して下部のベルトに集積する方法が提案されてい
る。また特開昭55−80566号公報に於ては撚のな
いフイラメント束を帯電せしめ、ついで芯が接地
され表面がエラストマーで被覆されているローラ
に導入し、下方の高電圧極が裏側にあるベルトに
推射せしめて開繊ウエブを作る方法が提案されて
いる。

静電気力で開繊する方法は、空気流を利用する
方法、機械的方法（擦過、弛緩、緊張）に比べ消
費エネルギー量が少なく省エネルギー時代にふさ
わしい方法である。

しかしながら、特公昭48−34544号公報では、
使用するベルトの数が多すぎ、連続生産するに際
して、ベルトの蛇行、摩耗に関して特別の配慮が
必要であり機械の保守が煩雑であり、かつ繊維束
を対向するベルト間にフイードする為のローラへ
の巻き付きが起きやすいという欠点があつた。ま
た特開昭55−80566号公報に於ては高電圧極の設
備費が高くつき、エラストマーの摩擦も早いとい
う欠点があり、平滑なローラで繊維をニツプして
いるので巻き付きが生じ易く、繊維の数密度が高
い繊維束の場合は、単繊維同志の圧着結合が生
じ、開繊不良となるという欠点をも有している。
またローラを被覆しているエラストマーにより、
ローラから補集面へ向う電場が弱められるため、
非常に高い電圧を印加する必要がある。

本発明者等は上記欠点のない方法について鋭意
研究した結果、上記欠点を克服すると共に高密度
の繊維束の開繊性を極めて良好で、繊維の広がり
の大きい（従つて出来上るウエブの強度と嵩高性
が大きい）方法に見い出し本発明に到達した。

すなわち、本発明の第１の発明は、繊維束に静
電気を付与し静電界内で開繊し補集してウエブ構
造体を製造するに当り、静電気を付与した繊維束
を表面粗さ（Ra）が0.03mm〜30mmである回転し
ているローラに導き、該ローラから離脱した繊維
束を補集面に導く際に、該ローラと補集面の区域
において該ローラから補集面の方向へ向つて繊維
束に作用する電界を形成せしめ、その区域におい
て繊維束を構成している繊維を静電気による反撥
力を利用して開繊し、開繊した繊維束を補集面に
て補集しウエブを形成せしめることを特徴とする
繊維束の開繊方法であり、また本発明の第２の発
明は、(a)繊維束に静電気を付与し得る手段、(b)静
電気を付与した繊維束を開繊し下記区域へ導くた
めの表面粗さ（Ra）が0.03mm〜30mmであるロー
ラ、(c)該ローラと開繊した繊維束の補集面との間
で繊維束が移動し且つ開繊する力を与える電界を
形成せしめる区域および(d)開繊した繊維束を補集
しウエブを形成するための補集面よりなる繊維束
の開繊装置である。

以下本発明を具体的に説明するために添付図１
に従つて詳細に説明する。未開繊の繊維束１を摩
擦棒２に通して静電気を発生せしめ、送りローラ
３により、表面粗さ（Ra）が0.03mm〜30mmの範
囲内にある送りローラ３よりも早く回転している
ローラ（以後凹凸ローラと呼ぶ）へ供給される。
該繊維束は該凹凸ローラの回転摩擦力により張力
を受けて、該凹凸ローラに添うが、帯電した繊維
束を補集面へ向かわせる電界が強くなる点(a)で該
繊維束は該凹凸ローラを離れ、単繊維間の静電気
的反撥により開繊され５（この領域を開繊ゾーン
と呼ぶ）極板８が裏側に配置してあるベルト７の
上にランダムなルーブ状に堆積され、ウエブ９と
なり搬送される。

本発明に使用される繊維束は、好ましくは撚り
の少ない単繊維間の相互作用が比較的低く、均一
であるものが好ましい。例えば特願昭55−38993
号の如き製造法で得られた繊維束、あるいは該繊
維束を摩擦案内体に通して該繊維束の幅を保持し
たまま延伸して得られた繊維束は、その撚りが皆
無に近く、繊維間の平行性が極めて良好であり、
好ましい繊維束である。すなわちこの方法は、熱
可塑性合成重合体の熔融液を多数の細隙を有する
紡糸口金から押出してフイラメント状繊維集束体
を製造するに当つて、紡糸口金の該熔融液の吐出
側の隣接する細隙間に非連続的凸起部が設けられ
ており、該凸起部間に存在する凹部区域を通じて
成る細隙から押出される該熔融液がそれに隣接す
る他の細隙から押出される熔融液と互いに往来し
得るような紡糸口金から該熔融液を押出し、この
際該紡糸口金の該熔融液の吐出面及びその近傍に
冷却流体を供給して冷却しながら該細隙を通じて
押出される熔融液を引取つて該熔融液を多数の分
離された繊維状細流に変換し、固化することを特
徴とするフイラメント状繊維集束体Ａの製造法、
あるいはこのようにして得られたフイラメント状
繊維集束体Ａを連続し、摩擦案内体に通し該摩擦
案内体へ挿入する速度よりも大なる速度で該集束
体を引取ることを特徴とする延伸されたフイラメ
ント状繊維集束体Ｂの製造法である。

かくして得られたフイラメント状繊維集束体Ａ
もフイラメント状繊維集束体Ｂも下記の特徴を有
する。

(1) 該集束体ＡまたはＢを構成する各フイラメン
トは、その長さ方向に沿つて不規則な周期的に
断面積の大きさの変化を有しており、 (2) 該各フイラメントはフイラメント内断面積変
動係数〔CV(F)〕が0.05〜1.0の範囲であり、 (3) 該集束体の任意の位置でフイラメント軸に直
角方向に該集束体を切断した場合の各フイラメ
ントの断面積の大きさが実質的に無作意に異つ
ている、 ことを特徴としている。

ここに言うフイラメント内断面積変動係数
〔CV(F)〕とは、フイラメントの長さ方向（軸方
向）の繊度の変動を示すものであつて、繊維集束
体中の任意の１本のフイラメントについて、任意
の１箇所の３cmを選び出し、それを１mm間隔毎の
断面積の大きさを顕微鏡観察により測定し、その
30個の断面積の平均値（）と、30個の断面積の
標準偏差（σA）とを求めて、下記式(11)から算出
することができる。

さらに、本発明の任意の位置でフイラメント軸
に直角方向に該集束体を切断した場合の各フイラ
メントの断面積の変動が、集束体内フイラメント
断面積変動係数〔CV(A)〕で表わして0.1〜1.5の
範囲であり、特にCA(A)が0.2〜１の範囲のものが
好適である。

このCV(A)は、上記集束体から無作意に100本の
部分集束体を抽出し、その任意の位置における断
面を顕微鏡観察によりその各断面の大きさを測定
し、その平均値（）と、その100個の断面積の
標準偏差（σB）を求めて、下記式 から算出することができる。

このように繊維の断面積が繊維軸に沿つて比較
的大きく変動した繊維は繊維軸方向の帯電量が変
化し、電界に対する応答が微妙に変化し、繊維束
の無作為な開繊が良好に行なわれるという点で、
本発明に適用される繊維束として好ましいもので
ある。

また、繊維間の平行性を保持したまま20個／イ
ンチ程度までの捲縮数を付与した合成繊維束を切
欠きローラで緊張、弛緩し予備開繊した繊維束、
あるいは１対の歯状ローラで擦過して予備開繊し
た繊維束も本発明に好ましく適用出来る。

図１の２の如き摩擦体の材質及び形状は、使用
する繊維束の摩擦係数、帯電特性に従つて選定さ
れる。一般に繊維束に与える静電気の符号は、該
摩擦体と該繊維束の帯電列順位の関係で決まる。
例えばポリエチレンテレフタレート（PET）繊
維束を正に帯電せしめる場合、鉄、ステンレスス
チール、テフロン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニ
ル等帯電列順位がPETよりも負側にある材質が
使用される。これらは丸棒、角棒、平面板の形状
に形成され、表面は鏡面仕上げ、梨地加工等が施
こされる。摩擦体の数は複数でもよい。与えるべ
き帯電圧を高くしたい時はその数は多い方が望ま
しいが、繊維束にかかる摩擦力は少ない方が好ま
しい。

従つて自ずと最適な摩擦体数が決つてくる。ま
た摩擦体（複数）の配置も、帯電圧と摩擦力のか
ね合いで決めることが出来る。

放電電極により繊維束を帯電せしめる方法も古
くから使用されている。適当な帯電装置は、例え
ば米国特許第3163753号明細書に記載されている。
どちらの方法によつても該繊維束に与える好まし
い静電圧はその絶対値が1KV以上であり、より
好ましくは20KV以上である。

本発明における凹凸ローラの材質は耐摩耗性の
優れたものが好ましい。導電性材料の場合は鉄、
ステンレススチール、ニツケル、クローム、タン
グステンカーバイト等の耐摩耗性金属；絶縁性材
料の場合は酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化
ジルコニア等の耐摩耗性セラミツク；共重合ポリ
エステル、ポリウレタン、ポリイソプレン、ネオ
ブレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム等の
耐摩耗性エラストマー；低圧法ポリエチレン、超
高分子量ポリエチレン、テフロン、ナイロン―
６、ナイロン―６，６、ポリアセタール等の耐摩
耗性プラスチツクス；等、あるいはこれらの複合
体が使用される。

本発明の凹凸ローラの表面粗さ（Ra）とはJIS
Ｂ 0601「表面粗さ」に準拠した方法で求められ
る中心線平均粗さに等しい。

該凹凸ローラの中心線平均粗さ、すなわち本発
明の表面粗さ（Ra）は次の様にして求められて
る。該凹凸ローラ表面のうち繊維束が接触する表
面領域のみとり出し測定する。該表面領域に軸心
に平行な線分および軸心に垂直な断面上の線分を
考え、その線分にそつてJIS B0601の定義に準じ
て、表面の平均高さを中心とした粗さ曲線ｙ＝
(x)を求める。但しＸ軸、Ｙ軸はそれぞれ粗さ曲線
からの中心線および縦倍率の方向にとる。また軸
心に平行な線分は軸心を中心線としてそのまわり
に30゜ごとに６個とり、軸心に垂直な断面上の線
分は該表面領域の端から該ローラの平均直径をＤ
とした時0.524×Ｄの距離毎にとる。求めた粗さ
曲線(x)をつなぎ合せて全線分における下記積分
を求める。

Ｓ＝∫^l _p｜(x)｜dx (1) 但しここでｌ＝_o 〓ⁱ⁼¹ liであり、liは上記の各線分
の長さを表わし、_o 〓ⁱ⁼¹ は上記の線分すべての長さ
を加えることを意味する。

ついでJIS B0601の中心線平均粗さを求める式
に準拠し、下記式により中心線平均粗さすなわち
本発明の表面粗さ（Ra）を求める。

Ra＝１／ｌＳ＝１／ｌ∫^l _p｜(x)｜dx (2) 該凹凸ローラが規則正しい表面凹凸を有する場
合は理論的にRaを求めてもよい。

かくの如くして求めたRaの好適範囲は0.03mm
〜30mmであり、より好ましくは0.25mm〜５mmであ
る。もしもRaの値が小さすぎると、該繊維束を
該凹凸ローラから離す為の電気力が小さくなると
ともに、該繊維束の単糸と該凹凸ローラ表面との
相互作用力が大きくなる為であると考えられる
が、該凹凸ローラへの該繊維束の巻きつきが頻発
するようになる。Raの値が大きすぎると、図１
の如き配置の場合該繊維束を回転摩擦力で引く力
が小さくなる為だろうと考えられるが、該繊維束
は該凹凸ローラに接する前に飛散してしまう。ま
た図２の如く、凹凸ローラを対にして接触し該繊
維束を把持する場合には、Raが大きすぎるとロ
ーラのかみ合せが不充分となり、繊維の把持力が
小さくなり不都合である。

該凹凸ローラの凸部の曲率半径ρを後述のよう
に定義する時、ρの適正な値の範囲は、細かくは
該凸部を構成する材質の物性（特に電気物性、力
学物性）に依存する。大きく分けて、絶縁性材料
で構成されている場合は、ρに特別な制限はな
い。

導電性材料で該凸部が構成されている場合は、
好ましくは 0.01cmρav ……(3) の範囲であり、より好ましくは 0.1cmρav ……(4) である。但し凸部が台形、すなわちρavが無限大
であつてもよい。

但しρavは以下のようにして求める。先に求め
た粗さ曲線の極大点を与える点を通る任意の線分
に添つて求められる曲率半径の内最小の曲率半径
をその凸部のρとする。さらにそのρの平均値を
ρavとする。

導電性材料の場合、ρavを大きくする必要があ
る。あまりにρavが小さい時は、該帯電した繊維
束が凹凸ローラに接触した瞬間、帯電荷を失なう
のである。この理由は明確ではないが、導電性材
料で凸部を作りそれに電圧を印加した場合、該凸
部付近の電界は、ρavが小さければ小さいほど非
常に不安定で強力なものとなり、所謂るコロナ放
電を空気中に向つてし易くなり、この時生成され
る空気中のイオンにより、繊維束の帯電荷が中和
されるのではないかと推論される。事実空気中の
湿度が高い場合には繊維束の導電性の凸部による
帯電量損失が大きいが、これは該凸部からのコロ
ナ放電がより活発な為であろう。従つて３，４の
ρavの範囲は厳密には湿度と温度により変化す
る。３，４のρavの範囲は温度20℃、相対湿度65
％に於けるものである。

該凹凸ローラの粗さ曲線の最底点から少なくと
も１cmの深さには導電性層が存在し、それには高
電圧が印加される。導電性層に高電圧が印加され
ると、回転する該凹凸ローラの凸部（粗さ曲線に
おける極大点付近）に非常に複雑な電気力線が形
成されるので、帯電された該繊維束の繊維は複雑
な揺動する力を受けると推定され該繊維束は良好
に分繊された状態で該凹凸ローラから離脱する。

該凹凸ローラは図１のように単体で使用しても
よいし、図２のように対をなして使用してもよ
い。単体で使用する場合は回転する該凹凸ローラ
と繊維束の摩擦力と、該凹凸ローラと繊維束の静
電気的反撥力のバランスをとる必要がある。補助
的に、単体の該凹凸ローラの上部に電極を置き繊
維束の該凹凸ローラからの飛散が一定方向になる
ように高電圧を印加してもよい。

凹凸ローラを対にして使用する場合は、相対す
るローラの凹部と凸部がお互を損傷しないように
配慮する必要がある。

凹凸ローラを単体で使用しても、対にして使用
しても、繊維束を圧着せずに開繊することが可能
であり、繊維密度の高い繊維束も均一に開繊でき
るという従来方式にはない特徴を有する。

印加電圧の最適値は該繊維束の帯電圧に応じて
異なる。特に何らかの事情で該繊維束の帯電圧が
低い場合はあまりに印加電圧の絶対値を高くする
と該繊維束の帯電圧が同符号であつても、繊維は
補集面方向に引きつけられず、むしろ該凹凸ロー
ラに引きつけられて巻きついてしまう。この現象
は該凸部が導電性材料の時顕著である。その理由
は明確ではないが、該凸部先端が強い電界を形成
し、繊維束を逆の電荷に分極してしまう為である
と推察される。該凸部（特にその山の頂上付近）
が電気絶縁性であつて導電性支持材料で支持して
ある構造の場合には、上記現象は緩和されること
が見い出された。

繊維束の帯電圧と凸部の支持材料に印加する電
圧を種々変化して、繊維束の該凹凸ローラへの巻
き付きトラブルがなく、繊維の開繊も好ましく行
われる範囲を調べたところ、表面が絶縁性である
凸部を導電性支持材料で支持した構造の方が導電
性凸部を使用した構造よりもその範囲で広いこと
が分つた。特に導電性凸部を使用した構造の場
合、繊維束の中に一部帯電量の少ない繊維が存在
するとその部分が凹凸ローラに巻きつき易かつた
ので、該繊維束を極力均一に帯電する必要があつ
た。一方、絶縁性の凸部を使用した構造の場合、
繊維束の中に多少は帯電量の少ない繊維が混在し
ていても、凹凸ローラに巻きつくことはなく、開
繊も充分行なわれた。従つて帯電量の許容範囲を
広くしたいなら、絶縁性の凸部と、導電性支持材
料を組み合すのが好ましい。

該凹凸ローラの導電性支持材料に印加すべき電
圧の好適値は、繊維束の帯電圧、温湿度、凸部の
形状等に左右されるが、繊維束の帯電圧が30KV
程度の時、10〜30KV程度の電圧が印加される。

該凹凸ローラを離脱した繊維束は、構成する繊
維の静電的自己反撥により紡錐状に広がり開繊し
つつ、接地された補集面へ引かれる。この際該凹
凸ローラと補集面間を金属板等で囲こみ該金属板
に静電圧を印加することにより、紡錐状の広がり
の大きさを規制することも出来る。

開繊された該繊維束を補集する面は接地されて
いる。このことにより、該帯電した繊維束に凹凸
ローラから補集面方向へ作用する電昇が形成さ
れ、該帯電した繊維束はあたかも吸引されるごと
く補集面へ引かれてゆく。

ウエブを連続式に生産する場合、該補集面は図
１のような周動するコンベアベルトの表面や図３
のような周動する１対のドラムの表面であつても
よい。特に後者の場合、繊維がウエブの厚み方向
に配列し易く、嵩高のウエブを製造するのに適し
ている。あるいはこのウエブをプレスしてシート
化した場合非常に均一なシートが得られる。

該１対のドラムの直径は好ましくは15cm²以上で
ある。あまり小すぎると繊維の補集が不完全とな
る。該１対ドラム間の距離は得ようとするウエブ
の目付にも依存するが、100ｇ／m²程度のウエブ
を得ようとする場合、該距離は20cm以下、より好
ましく３cm以下がよい。

該一対ドラムの表面または表面に近い部分は導
電性であり、電気的に接地される。表面を覆う絶
縁材料の種類にもよるが少なくとも表面から10
mm、より好ましくは１mmの深さまでの場所に導電
性層が存在し、該層は電気的に接地されているこ
とが該繊維を補集する為に望ましいことが判明し
た。帯電されている繊維の帯電荷が中和される速
度が遅い方が好ましい場合（例えば目付の大きい
ウエブを製造する場合）は、該ドラムの表面層は
多孔質の絶縁材等で覆と効果的である。

本発明によれば繊維束を極めて均一に開繊する
ことができるので、非常に均一で嵩高のウエブが
得られ、耐クツシヨン性、保温性、ドレープ性の
優れた保温詰綿用のウエブが得られる。また該ウ
エブを熱処理することにより構成繊維に立体捲縮
を発現せしめると、さらに飛躍的に嵩高性、保温
性の優れた保温詰綿とするこができる。

該繊維束が異種のＡ，Ｂポリマーの混合体であ
つてもよく、ＢがＡより低融点の場合、得られた
ウエブをＡの融点以下Ｂの融点以上に熱処理する
ことにより繊維―繊維の架極が生じ、非常に耐ク
ツシヨン性の優れたウエブが得られる。またこの
ウエブをＡの融点以下、Ｂの融点以上で熱プレス
することにより均一性に優れ、強度の向上した不
織布を得ることもできる。

もちろん得られるウエブにポリアクリル酸エス
テル等のバインダーを付与して、上記架橋構造ウ
エブやシートを製造することも可能である。

該補集面を加熱しておくことにより、繊維が該
補集面に補集されると同時に該繊維を立体捲縮さ
せるようにしてもよい。この方法により工程短
縮、設備費の削減が可能であり、嵩高性も向上す
る。

以下実施例を掲げて本発明を具体的に説明する
が、これにより本発明の範囲を制限するものでは
ない。

実施例 １ 特願昭55−38993号の方法に従い、口金を30メ
ツシユ平織金網にして幅50cm、厚み２cmの成形領
域より、スクリユー押圧し機で溶融されたポリエ
チレンテレフタレート（チツプの固有粘度＝−
0.72）を吐出し、冷却風を吹き付けて繊維状細流
となし繊維集束体を得て、連続して該集束体を摩
擦案内体に通して該集束体の幅を保持したまま表
面温度125℃の熱板を通過せしめ約2.5倍に延伸
し、平均単糸繊度が３デニール、全体が５万デニ
ールの集束体を得た。さらに連続してこの集束体
を図１の如き開繊装置に幅を保持したまま導入し
て良好な嵩高性と均一性を有する開繊されたウエ
ブを得た。

開繊条件は下記の通りである。

(A) 集束体およびウエブの条件： 集束体の導入速度 20ｍ／分 集束体の摩擦棒(2)通過後の帯電圧 ＋40KV 得られた開繊ウエブの目付 150ｇ／m² 得られた開繊ウエブの比容積 40cm³／ｇ (B) 開繊装置の条件 摩擦棒２の直径 ２cmφ 摩擦棒２の材質 スチレススチール 凹凸ローラ４の形状 直径 300mmφ Ra 1.1mm 凹凸ローラ４の凸部材質 ポリウレタン 凹凸ローラ４の導電層に印加する電圧 18KV 凹凸ローラの周速 40ｍ／分 ベルト７の周速 1.5ｍ／分 実施例 ２ 図１の如き装置において補集部６，７，８を図
３の２，３，４にとり代えて、補集ドラム２の表
面を赤外線ヒーターで加熱しつつ、実施例１と同
じ繊維束を開繊・補集すると同時に該補集ドラム
表面付近で熱処理し、該繊維束の繊維を立体捲縮
せしめた後ウエブとしてとり出した。該ウエブは
JIS―2001めん―ふとんわた試験法による回復率
が75％という高い値を示した。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の開繊方法及び装置の概略図を示
す。図１の１は未開繊繊維束、２は摩擦棒、３は
送りローラ、４は凹凸ローラ、５は開繊ゾーンの
繊維、６はベルト用ローラ、７はベルト、８は極
板、９は開繊後集積されたウエブ、そしてａは帯
電した繊維束を補集面へ向かわせる電界が強くな
る点である。 図２は本発明に含まれるもう一つの開繊装置の
開繊ゾーンまでの概略図を示す。図２の１は未開
繊繊維束、２は摩擦棒、３は１対の凹凸ローラ、
そして４は開繊ゾーンの繊維を示す。 図３は本発明に含まれる補集面の一例を示す。
図３の１つは開繊ゾーンの繊維、２は接地されて
いる第１番目の補集面（１対のドラム）、３は接
地されている第２番目の補集面（ベルト）、４は
静電除去器、そして５は開繊後集積されたウエブ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維束に静電気を付与し静電気内で開繊し補
   集したウエブ構造体を製造するに当り、静電気を
   付与した繊維束を表面粗さ（Ra）が0.03mm〜30
   mmである回転しているローラに導き、該ローラか
   ら離脱した繊維束を補集面に導く際に、該ローラ
   と補集面の区域において該ローラから補集面の方
   向へ向つて繊維束に作用する電界を形成せしめ、
   その区域において繊維束を構成している繊維を静
   電気による反撥力を利用して開繊し、開繊した繊
   維束を補集面にて補集しウエブを形成せしめるこ
   とを特徴とする繊維束の開繊方法。 ２ 開繊した繊維束を補修しウエブを形成するた
   めの補集面が回転するドラムの表面であり、かつ
   該表面を加熱し、開繊した繊維束を補集すると同
   時に捲縮せしめることを特徴とする第１項記載の
   開繊方法。 ３ (a)繊維束に静電気を付与し得る摩擦棒、(b)静
   電気を付与した繊維束を開繊し下記区域へ導くた
   めの表面粗さ（Ra）が0.03mm〜30mmであるロー
   ラ、(c)該ローラと開繊した繊維束の補集面との間
   で繊維束が移動し且つ開繊する力を与える電界を
   形成せしめる区域および(d)開繊した繊維束を補集
   しウエブを形成するための補集面よりなる繊維束
   の開繊装置。