(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的な溶融吹込マイクロファイバーを含んで成り、ここでこのマイクロファイバーの平均径は２マイクロメーター以下であり、そしてその少なくとも90％がこのマイクロファイバーの平均径から１マイクロメーターの範囲内に収まっている、ショットを有さない不織布帛。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は溶融吹込繊維ウェブ、即ち、溶融ファイバー形成用材料をダイにおけるオリフィスを通じて高速ガスストリーム（これは押出材料に衝突し、そしてそれを、通常は10マイクロメーター以下の桁の平均マイクロファイバーサイズへと繊細化せしめる）の中へと押出すことによって作られたウェブに関する。
背景技術
溶融吹込ファイバーが幅広い商業的用途、例えば濾過、電池の電極隔壁及び絶縁体に利用されだしたこの20年以上の期間の間に、非常に小さな径のファイバー及び良好な引張強さのウェブの必要性が認識されるようになった。しかしながら、溶融吹込ファイバーの引張強さは弱く、例えば常用の溶融紡糸加工において製造されたファイバーのそれよりも弱いことがいつも認められている（論文「Melt−Blowing−−A One Step Web Process For New Nonwoven Products」Robert R.BuntinとDwight D.Lohkcamp、第56巻、第４号、1973年４月、Tappi,75頁、第２及び第３欄を参照のこと）。遅くとも1981年には、当業界は一般に、「溶融吹込ウェブは本質的に、結晶配向、その結果として強いファイバー強度をもたらすようにファイバーの繊細をポリマーの融点以下で起こさせる溶融紡糸によって作られた常用の不織布ウェブに関連する強度を常に保有するであろう」ということを疑っている（論文「Technical Development In The Merlt−Blowing Process And Its Applications In Absorbent Products」Dr.W.John McCullochとDr.Robert A.VanBrederode,Insight '81,copyright Marketing/Technology Service,Inc.,Kalamazoo,MI、頁18、見出し「Strength」以下を参照のこと）。
溶融吹込ファイバーの弱い強度はファイバーの利用性を限定し、その結果、この弱い強度を解消せしめる様々な試みがなされてきた。かかる研究の一つはPrenticeの米国特許第3,704,198号に教示され、この溶融吹込ウェブはウェブの少なくとも一部の圧延又は点結合により「融着」されている。圧延によってウェブ強度は多少改善されうるが、ファイバー強度はそのままであり、従って全体強度は未だ所望されるよりも弱い。
その他の従来の研究者は、ウェブを回収する前に強い強度の二次成分ファイバーを溶融吹込ファイバーに配合すること、又は溶融吹込ウェブを強い強度の支持体、例えばスパンボンドウェブに重ねることを提案している（米国特許第4,041,203号、第4,302,495号及び第4,196,245号を参照のこと）。かかる工程は費用がかさみ、そしてウェブのマイクロファイバー特徴を損わせ、従って数多くの目的のためには満足たるものでない。
ファイバーの径に関して、例えばHauserの米国特許第4,118,531号（第５欄）及びKubikの米国特許第4,215,582号（第５及び６欄）に記載の通り、一律に小さな径及び極めて高い縦横比についての必要性が認められている。しかしながら、Hauserにより認識されている通り、非常に小さな平均ファイバー径を有する溶融吹込ファイバーを獲得できる能力にもかかわらず、ファイバーサイズの分布はかなり大きく、１〜２マイクロメーターの平均ファイバー径のファイバーの使用の際に６〜８マイクロメーターの範囲のファイバーが存在する（実施例５−７）。上記のBuntinらの文献、頁74、第２欄の最初の分節に記載の、大きめの径の「ショット」を削減せしめる問題もある。ショットは溶融吹込プロセスの衝突エアーに由来の乱流の中でファイバーが壊われるときに生ずる。Buntinはこのショットは避けられず、そしてその径はファイバーのそれよりも大きいことを示している。
McAmishらの米国特許第4,622,259号は、医療布帛としての利用に特に適し、且つ、改善された強度を有すると述べられている溶融吹込繊維ウェブに関する。これらのウェブは、溶融吹込ダイからファイバー成形用材料が押出される箇所付近に高速で第２エアーを導入することによって作られている。この特許の図２において最も理解される通り、この第２エアーは溶融吹込ダイを離れる溶融吹込ファイバーのストリームの両側から導入されており、この第２エアーはファイバーのストリームと一般に垂直の経路で導入されている。この第２エアーは、ファイバー形成用材料に衝突してファイバーを形成せしめる第１エアーと合体し、そしてこの第２エアーはファイバーの経路に対してより平行な方向へと向きを変える。合体した第１と第２エアーは次にファイバーをコレクターへと運び込む。この特許が述べるには、かかる第２エアーの利用により、常用の溶融吹込プロセスにより作られるものよりも長いファイバーが形成され、そしてこれはファイバー回収の際により少ない自生結合を示す。この後者の性質により、この特許が述べるには、個々のファイバーの強度は強いことが認められている。この強さは分子配向の程度に依存すると示唆され、そして下記のことが述べられている（第９欄、第21−27行）、即ち、
本工程において用いている高速第２エアーはファイバーが繊細化される際の時間及び距離を長くする手段である。この第２エアーの冷却効果は、ファイバーがスクリーン上で回収される際のその減速に基づいてファイバーの分子配向が極端に緩和されない可能性を高めることにある。
布帛は、回収したウェブより、ウェブを型押しする又はウェブに化学バインターを加えることによって作られ、そしてこの布帛はより強い強度、例えば、0.8N/g/m2以上の最小掴み引張強さ、対、重量比、及び0.04N/g/m2以上の最小エルメンドルフ（Elmendorf）引裂強さ、対、重量比を有することが報告されている。これらのファイバーは７マイクロメーター以下の径を有することが報告されている。しなしながら、この方法が狭いファイバー径分布又は2.0マイクロメーター以下の平均径を有するファイバー、実質的に連続的なファイバー、又はショットを実質的に有さないファイバーをもたらすことは示されていない。
発明の開示
本発明は非常に改善されたファイバー径のサイズ分布、平均ファイバー径、ファイバー及びウェブ強度、並びに低ショットレベルの新規の溶融吹込ファイバー及び繊維ウェブを提供する。この新規の溶融吹込ファイバーは従来の溶融吹込ファイバーよりもはるかに優れた配向性及び結晶性を有しており、それは簡単にまとめると、ファイバー形成用材料を計量手段、次いでダイのオリフィスを通じて、押出材料を迅速にファイバーへと繊細化せしめる制御高速ガスストリームの中へと押出し；この繊細化ファイバー及びガスストリームを第一開口端、即ち、このダイの近くに設置され、且つ、この繊細化ファイバーがこのダイを離れる経路に対して平行な方向に広がる管状チャンバーの入口端へと導入し；この管状チャンバーの中にエアーを半径方向及び軸状方向成分の両方で導入し（ここでこのチャンバーの軸伝いに吹込まれているエアーはファイバーを、それがチャンバー伝いに通過する際に張力下に維持するのに十分な速度である）、そして好ましくは実質的にこのチャンバーの全長にわたってこのチャンバーの縦軸に対して垂直方向にエアーを導入し；任意的に、この繊細化ファイバーを第２管状チャンバーの中へと導き、ここでこの急冷ファイバーをこのチャンバーの軸伝いに吹き込まれているエアーによって更に延伸させ；そしてこの最後の管状チャンバーの対立又は出口端からファイバーが出た後にこれらを集めること、を含んで成る新規の方法による製造の結果である。
一般には、この管状チャンバーは薄くて幅の広い箱様チャンバーである（一般には、溶融吹込ダイの幅より若干広い）。延伸用（orienting）エアーは一般にこのチャンバーの中に、押出ファイバーの経路に対して傾いて導入されるが、ただしこのチャンバーの第１開口端にある曲面付近を通過する。コアンダ（Coanda）効果により、この延伸用エアーは層状の非乱流状態でこの曲面を巡回し、これによって押出ファイバーが進んだ経路を横行し、そしてこのファイバーを連行する第１エアーと合体する。押出ファイバーをチャンバーへと横断させる又は導くために有用なエアーの半径流成分の量はコアンダ面の半径を変えることによって調整できる。大きな半径流領域はチャンバーの軸の中心線分へのファイバーのより良い方向付けを担う。小さい半径のコアンダ面はファイバーをチャンバーの軸の中心線分へと横断させる又は導くのに有効なエアーの軸流成分の相対量を低める。しかしながら、小さめの半径のコアンダ面からの強めの軸流成分はチャンバーの中のファイバーに及ぼすエアーの延伸力を強める傾向にある。一般に、無制限の半径の範囲を有するコアンダ面が利用されうる。しかしながら、半径が０へと小さくなるに従い、角度は鋭利となり、そしてエアーは表層から離れる傾向にある。1/8インチぐらいに小さい半径が利用でき、そして一般には0.5〜1.5インチである。
好ましくは第２垂直冷却用ストリームのエアーをチャンバーの縦に沿って導入する。このエアーは好ましくはダイから出ていくファイバーに面しているこのチャンバーの２つの対立壁を介して拡散状態でチャンバーの中へと導入させる。これは例えば、、少なくとも一部に多孔性ガラス複合体より成る側壁を有することによって成し遂げられる。この垂直エアーは更に、漂遊ファイバーがチャンバー壁に付着することを防ぎながら、ファイバーをチャンバーの中央へと導く。これらのファイバーは整然としたコンパクトなストリームでチャンバーの中へと導かれ、そしてチャンバー全体にわたってコンパクトであり続ける。１台のチャンバーのみを用いると、好ましくは、所望の管状チャンバーはその出口端の円周付近が外側に向って裾広りとなっており（flared）、これは回収した又は仕上げたウェブに等方性を担うのによいことが認められた。
延伸用エアー及び垂直冷却用エアーは一般にファイバーに対する冷却効果を有する（この延伸用エアーストリームは加熱されていてよいが、通常は加熱されていなく、そして約35℃以下の温度の大気である；ある状況においては、これは延伸用エアー又は垂直エアーを、延伸用チャンバーの中に導入させる前に周囲温度に冷却せしめることが効果的でありうる）。この冷却効果は一般に所望され、なぜならこれは延伸条件下にあるファイバーの固形化を加速し、ファイバーを強めるからである。更に、延伸用エアーが延伸用チャンバーを通過する際のその引張り効果は、固形化しているファイバーに張力を供し、それを結晶化せしめる傾向にする。
第２管状チャンバーは第１管状チャンバーを出るファイバーに更なる配向を授けるために利用できる。ファイバーは通常この地点で急冷されるため、配向性を更に高めるためにこのファイバーにもっと強い張力を授ける高めのエアー圧を利用することができる。拡散垂直エアーフローはこのチャンバーの中のファイバーの低い粘着性のためにあまり必要ではないが、しかしながら垂直エアーは利用されうる。
常用の溶融吹込ファイバーに比しての本発明のファイバーの分子配向及び結晶性における有意な向上を、本発明の延伸ファイバー（写真Ａ）及び従来技術の非延伸型の常用ファイバー（写真Ｂ）のそれぞれのファイバーのWAXS（広角Ｘ線散乱）写真を示す図4,7,8,10及び11を参照しながら説明する。写真Ｂにおける光領域の環状的特徴は撮影した本発明のファイバーの結晶度が高いことを示し、そして環の干渉は有意義な結晶配向があることを意味する。
【図面の簡単な説明】
図１並びに2A及び2Bは、本発明の布帛を製造するために本発明の方法を実施するのに有用な様々な装置の側面図及び透視図である。
図3,5及び９は本発明のファイバー（図面「Ａ」）と比較ファイバー（図面「Ｂ」）についての応力−歪み曲線のプロットである。
図4,7,8,10及び11は本発明のファイバー（写真「Ａ」）及び比較ファイバー（写真「Ｂ」）のWAX写真であり；そして
図６は本発明の代表的な繊維ウェブ（6A）及び比較繊維ウェブ（6B）の走査型電子顕微鏡写真である。
図12は連続式超ミクロン（サブミクロン）ファイバーについてのポリマー流速、対、ファイバー径の理論的な関係を示すグラフである。
図13は実施例33の超ミクロンファイバーの走査型電子顕微鏡写真である。
詳細な説明
本発明の吹込ファイバー又は吹込ファイバーウェブを作るために有用な代表的な装置を図１に図解する。吹込ファイバーを形成せしめるこの装置の部分は、Wente,Van A.の「Superfine Thermoplastic Fibers」Industrial Engineering Chemistry  第48巻、頁1342以降（1956）、又はWente,V.A.;Boone,C.D;及びFluhartyら、E.L.の1054年５月25日公開のNaval Research Laboratoriesの報告書第4364号、題名「Manufacture of Superfine Organic Fibers」に記載の通りであってよい。図示する装置のこの部分はダイ10を含んで成り、これは、一連の横に並行に並んだダイオリフィス11を有し、そのうちの１つはこのダイにわたる断面図において見られる。オリフィス11は中央ダイキャビティー12から通じている。
押出機（図示せず）から開口部13を通じてダイキャビティー12の中にファイバー形成用材料を導入する。オリフィス11の列の両側に設置されているエアーギャップ15は熱せられたエアーを非常に高速で運搬する。第１エアーと呼ぶこのエアーは押出されたファイバー形成用材料上に衝突し、次いでこの押出材料をファイバーの塊へと引張って繊細化する。この第１エアーは一般に熱せられ、そしてほぼ同一の圧力で両方のエアーギャップ15へと供給される。このエアーはまた好ましくは一律なファイバー成形を妨害するごみ又はほこりを防ぐために濾過される。このエアー温度は一般にダイオリフィスの中の溶融ポリマーよりも高い温度に維持する。好ましくは、このエアーは少なくともこの溶融物の温度より５℃高くする。この範囲より低い温度はポリマーがダイを出る際のその余計な冷却を及ぼし、チャンバーの中での延伸を困難なものにしうる。高すぎる温度はポリマーを過剰に劣化せしめる、又はファイバー破損の傾向を高めうる。
溶融吹込ダイ10より、これらのファイバーは第１管状延伸用チャンバー17へと運ばれる。「管状」とは、本明細書においては各軸の対立端にて開口端を有し、その軸が壁で覆われた、任意の軸状に広がる構造を意味する。一般に、チャンバーはやや薄く、幅広く、箱様なチャンバーであり、ダイ10の幅より若干広い幅を有し、そして延伸用エアーが減速することなくチャンバーにわたって滑らかに流れるのに十分であり、且つ、ダイから押出された繊維状材料がチャンバーの壁に接触することなくこのチャンバーにわたって移動するのに十分である高さ（図１における18）を有す。高さが高すぎると、張力適用エアー速度を維持するのに不要に大量のエアーを必要とさせるであろう。ソリド壁チャンバー17に関する良好な結果は約10mm以上の高さで得られ、そして我々は約25mm以上の高さを必要としないことを見い出した。
チャンバー17の幅伝いのは壁26はエアー浸透性又は多孔性材料より成りうる。第２冷却用拡散エアーストリームをこのチャンバーの幅伝いに導入してよい。このエアーフローは冷却チャンバー17の中でのポリマーの固形化及び／又は結晶化の向上機能を担う。この第２冷却用エアーはまたファイバーをチャンバー17の中心に維持し、且つ、壁26から離すことに役立つ。しかしながら、この冷却用エアーストリームのエアー圧は、チャンバーの中での乱流の原因になるほど高くすべきではない。一般に、２〜15PSIの圧力が許容されると見い出されている。
延伸用エアーは、第１エアーの中で連行されたファイバーがチャンバーへと入り込むチャンバーの第１開口端付近に置かれたオリフィス19を通じて延伸用チャンバー17の中に導入される。延伸用エアーは好ましくはコアンダ面と呼ばれうる曲面20あたりで、チャンバーの両側から（即ち、チャンバーに入るファイバーのストリームの対立側から）導入する。使用するポリマーが低結晶性であるとき又は遅い結晶化速度を有するときには大きめの半径のコアンダ面が好ましい。更に、低結晶性ポリマーのとき、コアンダ面に隣接するオリフィスから、エアーがチャンバーの軸状中心線分に対して垂直な線分の角度で出ることが好ましい。０の角度では、このエアーは軸状中心線分と平行でオリフィスから出るであろう。一般に、延伸用エアー排出角度は０〜90度で変えられるが、しかしながらより大きめの角度も可能である。30〜60度のエアー排出角度が一般に好ましいことが見い出されている。小さめの延伸用エアー排出角度は、延伸用チャンバーの前に急冷チャンバーを用いるとき又は高結晶性ポリマーを溶融吹込するときに許容される。
チャンバーの中に導入された延伸用エアーは、それがオリフィスを出ると曲がり、そしてコアンダ面のまわりで移動して、チャンバーの縦軸伝いの主軸流をもたらす。エアーの移動はかなり一律、且つ、迅速であり、そしてこれは溶融吹込ダイ10から押出されたファイバーを一律な状態でチャンバーの中へと引張り込む。溶融吹込ダイを出るファイバーは一般にそれらがダイから離れた直後にやや幅広いパターンで振動するが、本発明の方法において溶融吹込ダイから出るファイバーはこのチャンバーの中心へと驚くべき平面様分布で一律に通過して、顕著な振動なしでチャンバーにわたって縦方向で移動する傾向にある。
ファイバーがチャンバー17を出た後、それらは一般に波状線分21と点線22（これはファイバーストリームの一般的な外部を示す）で示す振動移動を示す。この振動はチャンバー17の出口での拡張又は裾広がりに由来する。しかしながら、この振動は、それが溶融吹込ダイオリフィスの近くにあるときに生じがちな顕著なファイバー破損をもたらさない。延伸用チャンバーはファーバの強度を強めるため、ファイバーが暴露されるピーク応力の増強が伴ったとしても、後ファイバー振動はファイバー破損することなく耐えることができる。
図１に示す通り、単独延伸用チャンバー17の態様に関して、このチャンバー17は好ましくはその出口端23で裾広がりとなっている。この裾広がりはファイバーストリームの中でファイバー破損を伴わずにファイバーがよりランダムに又は等方性配列にすることが見い出された。例えば、裾広がり出口を有さないチャンバーを通過した本発明のファイバーの回収ウェブは装置方向ファイバーのパターンを有しがちである（即ち、より多くのファイバーが、コレクターの移動方向に対して横断方向に並ぶよりもその移動方向に対して平行な方向に並びがちである）。他方、裾広がり出口を有するチャンバーから回収したファイバーのウェブは装置と横方向においてより近密にバランスがとれている。この裾広がりは高さ及び幅の次元の両者にある、即ち、図面の軸又は面と図面のページに対して垂直面の両方にあってよい。より典型的には、この裾広がりは図面の面における軸、即ち、チャンバーを通過するファイバーストリームの大きな側面又は対立側上の壁のみにある。約４〜７゜の、チャンバーの縦軸に対して平行な破線25とチャンバーの裾広がり側との角度での裾広がり（角度θ）がファイバーの滑らかな等方性積載を達しめるのに理想的であると信じられている。裾広がりのあるチャンバー部分の長さ24（これはチャンバーのランダム化部分と呼ばれうる）は延伸用エアーの速度及び生産すべきファイバーの径に依存する。遅めの速度及び小さめの径では、より短めの長さが利用される。25〜75cmの裾広がりの長さが有用であることが実証されている。
延伸用エアーは、ファイバーがチャンバー17にわたって縦方向に移動する際にそれを張力下に保つのに十分な高速度で延伸用チャンバーに侵入する。このチャンバーにわたる水平連続移動はこのファイバーが連続的であり、且つ、応力線分張力下にあることを示唆する。延伸のために必要なエアーの速度（これは延伸用チャンバーの中へと導入されるエアーの圧力及びオリフィス又はギャップ19の寸法により決定される）は使用するファイバー形成用材料の種類及びファイバーの径によって変わる。ほとんどの場合、約70PSI（約500kPa）の圧力と0.005インチ（0.013cm）のオリフィス19についてのギャップ幅（図１における寸法30）に対応する速度が適度な張力を保証するのに最適であることが見い出された。しかしながら、上記のギャップ幅では、いくつかのポリマー、例えばナイロン66に関しては20〜30PSI（140〜200kPa）ほど低い圧力が利用されている。もしチャンバー17が主として急冷用チャンバーとして利用されるなら、5PSIほど低い圧力が延伸用エアーに関して利用されうる。
驚くべきこと、ほとんどのファイバーはこのチャンバーの上部又は底部の面のいづれにも触れることなく長い距離にわたってチャンバーを通過することができる。しかしながら、第１チャンバー（17又は37）において、チャンバーの側壁を通じて拡散状態においてファイバーに垂直に第２冷却用エアーフローを導入することが好ましい。この第２冷却用エアーフローは遅い結晶化速度を有するポリマーに好ましく、なぜならこれらは高めの粘着力を有し、それ故ファイバーは漂遊してチャンバーの側壁に付着しがちであるからである。この冷却用エアーフローはまたその急冷作用によってファイバー強度を高め、第１チャンバー（17又は37）の前後での任意のファイバー破損の傾向を下げる。
これらのチャンバーは一般に少なくとも約40cmの長さ（短めのチャンバーは、低めの生産率にて、又は第１チャンバーが主として延伸用チャンバーとして機能する場合に利用できる）であり、そして好ましくはファイバーにおける所望の配向及び所望の機械特性を達しめるために少なくとも100cmである。短めのチャンバーの長さのとき、より速いエアー速度もファイバー配向を得るために利用できうる。第１チャンバーの入口端は一般に３〜10cm内のダイであり、そして上記した通り、溶融吹込ダイの出口近くに分裂性の乱流が通常存在しているにもかかわらず、これらのファイバーは統一された状態でチャンバーの中へと引張り込まれる。
延伸用又は最後のチャンバー（17又は38）を出た後、固形化ファイバーは減速し、そして減速しながら、それらはコレクター26の上にウェブ27として、できるだけからみあった無秩序な方向のファイバーの塊として集められる。このコレクターは、細かい穴の開いたシリンダー型スクリーンもしくはドラム、回転心棒又は可動ベルトの形態をとりうる。ガス回収装置が、ガスの蓄積及び除去に役立つためにコレクターの後ろに置かれていてよい。
回収したファイバーのウェブはこのコレクターから外すことができ、そして好ましくはロール上の隣接する巻線を分けるライナーを伴って保存ロールへと巻く。ファイバー回収時及びウェブ形成時に、これらファイバーは完全に固形化して配向する。これらの２つの特徴は、ファイバーが高い弾性率を有するようにする傾向にあり、従って取扱い可能な凝集ウェブを作るのに十分なほどに高弾性ファイバーを減速させる及びからませることは困難である。延伸溶融押出ファイバーのみを含んで成るウェブは常用の溶融吹込ファイバーの回収ウェブの凝集力を有さないであろう。このため、ファイバーの回収ウェブは通常、例えばウェブを区画又は点（一般には約５〜40％の区画）で均質に圧延することによってファイバーを互いに結合させ合うことにより一体化取扱い可能ウェブを形成せしめるか、例えば液圧エンタングルメント（hydraulic entanglement）、ウェブの超音波結合、溶液もしくは溶融状態のファイバーにバインダー材料を添加し、次いでこのバインダー材料を固形化する、ファイバーを互いに溶剤結合せしめるためにウェブに溶剤を添加する、又は二次成分ファイバーを用意し、次いでその成分が融合する条件にウェブを付して隣接もしくは交差ファイバーを互いに融合させることにより、ウェブを凝集構造へと統合せしめる装置に直接供給する。また、この回収ウェブを別のウェブ、例えばこのコレクターの上を移動するウェブの上に載せてよい；また、この回収ウェブの被覆されていない面の上に第２ウェブを適用してよい。この回収ウェブは担体又はカバーウェブもしくはライナーに取付けないか、あるいは熱結合もしくは溶剤結合によって、又は異なるバインダー材料による結合によってウェブ又はライナーに付着させていてよい。
本発明の吹込ファイバーは平均して約10μｍ以下の径のマイクロファイバーであることが好ましい。このサイズのファイバーは向上した濾過効率及びその他の有利な特性を担う。平均して５μｍ以下、更には１μｍ以下の径の非常に小さいファイバーを吹込むことができるが、しかしながら例えば平均して25μｍ以上の径の大きめのファイバーも吹込むことができ、そしてこれらは一定の目的、例えば目の粗いフィルターウェブにとって有用である。
本発明は小さいファイバーサイズのファイバーを形成するうえで有利であり、そして本発明によって作られたファイバーは一般に、本発明において用いたような延伸用チャンバーを利用しない常用の溶融吹込条件により作られるファイバーよりも径が小さい。また、本発明の溶融吹込ファイバーは非常に狭いファイバー径分布を有する。例えば、平均して５μｍ以上のファイバーの径を有する本発明のウェブのサンプルにおいて、常用の溶融吹込ファイバーにおける径の典型的なより大きめの分散に反して、そのファイバーのうちの3/4以上、事実上90％以上の径が、約３μｍの範囲内にある傾向にある。ファイバーの径の平均が５μｍ以下、そしてより好ましくは約２μｍ以下である好ましい態様において、好ましくは最大のファイバーは平均値から最大で約1.0μｍ相違し、そして一般に90％以上のファイバーが3.0μｍ以下の範囲内にあり、好ましくは約2.0μｍ以下の範囲内にあり、そして最も好ましくは1.0μｍ以下の範囲内にある。
一般に平均にて２μｍ以下の極端に小さい平均径で、非常に狭いファイバー径の範囲（例えば90％が1.0μｍ以下の範囲に属する）を有するファイバーを作るのに適する態様を図2Aに示す。押出機30からのファイバー形成用材料を、少なくとも精密計量ポンプ31又はパージ等を含んで成る計量手段の中へと通過させる。非常に径が小さく、一律で、実質的に連続性のファイバーのためには、一般にダイにおける各オリフィスを通るこのポリマーの流速はかなり遅くしなくてはならない。ほとんどのポリマーにとって適切なポリマーの流速は0.01〜3gm/hr/オリフィスの範囲であり、そして１又は２μｍ以下の平均ファイバー径にとっては0.02〜0.5gm/hr/オリフィスが好ましい。このような遅い流速を得るには、常用の押出機はたとえ高密度のオリフィスがダイにあったとしても低スクリュー回転速度で運転させる。これは若干波打ちするポリマー流速をもたらす。この若干の流れの波打ちは得られる非常に小さな径の溶融吹込ファイバーのサイズ分布及び連続性に大いなる有害な効果を有することが見い出された。
好ましくは、図2Aに示すように計量手段として３台の精密ポンプの系を利用する。ポンプ32と33は計量ポンプ31からのフローを分割させる。ポンプ32と31は単一駆動によって作動されていてよく、この場合これらのポンプは互いに対して一定の比で運転される。この設備により、ポンプ33のスピードは、圧力変換器によって測定するポンプ32に対して一定の圧力でポリマー供給を供するように連続的に調整されている。ポンプ33は一般に押出機及びポンプから過剰のポリマー供給物を除くためのパージとして働き、ポンプ32はダイ35に至る滑らかなポリマーフローを提供する。ポリマーを一連のダイに供給するために複数のポンプ32を使用してよい。好ましくは、任意の不純物を除くためにポンプ32とダイ35との間にフィルター34が施されている。好ましくは、このフィルターのメッシュサイズは100〜250穴／インチ２以上である。この系が好ましいが、ポリマーを必要なだけ遅く、且つ、実質的に波打ちしない流速でオリフィスに供給するその他の設備が可能である。
ポリマーを、例えば図12の仮説モデル（ここでｙ軸は樹脂の流速（グラム／分／オリフィス）の対数を表わし、そしてｘ軸は、二通りのファイバー速度（上部の線分が400m/秒、そして下部の線分が200m/秒）における対応の密度0.9の等方性ポリプロピレンファイバーのミクロンにおける径を表わす）で示す、所望のファイバー径を作るのに適切な流速で／オリフィスにてダイに供給する。このモデルは一律の径のマイクロファイバーを作るために流速を下げることの必要性を示す。ここでわかる通り、本発明の方法を利用して非常に小さな平均径の連続式マイクロファイバーを作るには、非常に遅いポリマー流速が必要とされる。ダイに至る総理論的ポリマー供給速度はオリフィスの数に依存するであろう。この適切なポリマー供給速度は例えば計量手段によって供される。しかしながら、かかる低ポリマー速度で、一律で、連続式で、高強度で、小さな径のファイバーを獲得せしめる本発明の方法は知られておらず、又は常用の溶融吹込技術から予測することができない。
２μｍ以下の平均径の一律なファイバーを作るのに適切なオリフィス径は、0.025〜0.50mmであり、そして0.025〜0.05が好ましい（例えばCeccato Spinnerets,Milan,Italy又はKasen Nozzle Manufacturing Corporation,Ltd.,Osaka,Japanより入手可能）。これらのオリフィスについての適切な縦横比は200〜20の範囲にあり、そして100〜20が好ましい。好ましいオリフィスに関して、高いオリフィス密度がポリマー仕込量を高めるのに好ましい。一般に、30/cmのオリフィス密度が好ましく、そして40/cm以上がより好ましい。
２μｍ以下の平均径を有する一律ファイバーを作るとき、第１エアーの圧力を下げてファイバー破損の傾向を下げ、ダイオリフィスから押出されるポリマー溶融ストリームを繊細化して引張る。一般に、約0.4mmのエアーギャップ幅に関して、10lbs/インチ2PSI（70kPa）以下のエアー圧が好ましく、そして約5lbs/インチ２（35kPa）以下がより好ましい。低エアー圧は乱流性を下げ、そして溶融吹込で作られる乱流に由来してファイバーが分裂する前に、チャンバー17又は37の中へとこの連続式ファイバーを吹込むことを可能とする。チャンバ17又は37へと運ばれる連続式ファイバーを次に延伸用エアーによって引張る（チャンバー17又は37及び／もしくは38の中で）。第１エアーの温度はポリマーの融点に近いことが好ましい（例えば、ポリマーの融点より約10℃高い）。
これらのファイバーは適切な応力−線分張力を保つために溶融吹込領域から、ダイフェースの出口にて、第１及び／又は第２チャンバーにより引張られなくてはならない。これらのチャンバー（図１における17、そして図2Aにおける37及び／又は38）は、溶融吹込ファイバーが溶融吹込ダイの出口にて通常遭遇する振動作用をこれらのファイバーが受けることから守る。ファイバーがランダム化の目的のためにこれらの振動力を受けるとき、これらのファイバーを破損することなくこの力に耐えるのに十分なほど強くなっている。得られる延伸ファイバーは実質的に連続性であり、そして走査型電子顕微鏡で得られるマイクロファイバーウェブを見たときにファイバー先端は全く観察されなかった。
ダイオリフィスから、ファイバー形成用材料は、チャンバー17又はチャンバー37（これはチャンバー38を伴って、又は伴わないで使用できる）について説明した通り、第１エアー、次いで延伸用エアー及び第２冷却用エアーの中で連行される。好ましい設備において、材料はチャンバー37を出て更にチャンバー38の中で繊細化される。管状チャンバー38はチャンバー37と同様に機能する。第２チャンバー38を使用したとき、このチャンバーは主として延伸用に用いられ、この場合0.005インチ（0.13mm）のエアーオリフィス（図示せず）のギャップ幅に関してエアー圧は一般に少なくとも50PSI（344kPa）、そして好ましくは少なくとも70PSI（483kPa）である。この第２チャンバー38を用いたとき、同じギャップ幅についての第１チャンバー37における対応の圧力は一般に5PSI〜15PSI（35〜103kPa）であろう。この場合の第１チャンバー37は主として冷却用チャンバーとして働き、若干の配向が生ずるであろう。
第２チャンバー38は一般に第１チャンバーの出口から２〜5cmに位置し、この場合第１チャンバーは前記のように裾広がりとなっていないであろう。この第２チャンバーの寸法は第１チャンバー37のそれとほぼ同じである。もし第２チャンバー38を用いるなら、その出口端40は好ましくは図１の態様に関して前記したように裾広がりとなっているであろう。
ファイバーのランダム化は、ファイバーが裾広がり出口40に達する直前でのエアーストリームの利用にとって更に高められる。これはチャンバー壁から供給されるエンタングリング（からみ合い用）エアーストリームによってなされうる。このエンタングリングエアーストリームは側壁における、そして好ましくはチャンバー38の出口端38付近の開口部を通じて（好ましくは横方向で）供給される。かかるエアーストリームは図１に記載したような設備に用いることもできる。
上記の態様は主として極端に小さな径で、実質的に連続的のファイバー、例えば２μｍ以下の平均径ファイバーであって、非常に狭い範囲のファイバー径を有し、且つ、強いファイバー強度を有するファイバーを得るために利用される。マイクロファイバーウェブにおけるこの特性の組合せは独特であり、そして濾過及び断熱材のような用途にとって非常に所望される。
前述した通り、本発明の延伸溶融押出ファイバーは連続的であると信じられ、これは明らかにファイバーが一般に不連続的であると言われている常用の溶融吹込プロセスで作られたファイバーと根本的に相違する。これらのファイバーは破損せずに延伸用チャンバー（又は冷却用、次いで延伸用チャンバー）へと輸送され、次いで一般に中断を伴わずに延伸用ファイバーにわたって移動する。これらのチャンバーは応力線分張力をもたらし、これはファイバーをめざましい程度にまで延伸せしめ、そしてそれらが完全に延伸されるまでファイバーの顕著な振動を防ぐ。回収ウェブにおいてファイバー先端又はショット（ファイバーが破損したとき生ずるようなファイバー形成用材料の固形化球体であり、そして張力を開放するとこの材料がもとに収縮することを許容してしまう）の徴候が全く認められなかった。これらの特徴はたとえファイバーの平均径が２μｍ以下の場合の態様においても存在せず、これはダイのオリフィスを出る低強度の極端に小さい径のポリマーフローストリームの観点において極めてめざましいことである。更に、ウェブにおけるファイバーはあるにしてもわずかなファイバー間の熱結合を示した。
その他のファイバーを本発明の繊維ウェブの中に、例えば吹込ファイバーのストリームが最後の管状チャンバーを出た後、且つ、それがコレクターに達する前に、その他のファイバーを供給することによって複合せしめることができる。米国特許第4,118,531号は、回収ウェブの弾性（loft）を高めるけん縮ステープルファイバーを溶融吹込ファイバーのストリームの中に導入する方法及び装置を教示しており、そしてかかる方法及び装置は本発明のファイバーにとって有用である。米国特許第3,016,599号は非けん縮ファイバーを導入するかかる方法を教示する。追加のファイバーはウェブのすき間又はゆるみ、ウェブの多孔度の上昇、及びウェブにおけるファイバー径の変化の機能を有しうる。
更に、追加のファイバーは回収ウェブに凝集性を付与するのに機能できる。例えば、融合性ファイバー、好ましくは他の成分の融合温度より低い温度で融合する成分を有する二次成分ファイバーを加えることができ、そしてこの融合性ファイバーは凝集ウェブを形成するようにファイバーの交差点にて融合できる。更に、米国特許第4,118,531号に記載のようにウェブへのけん縮ステープルファイバーの添加は凝集ウェブを提供するであろうことが見い出されている。このけん縮ファイバーは互いと、及び延伸ファイバーと、ウェブに凝集性及び保全性を供するようにからみ合う。
けん縮ファイバー及び延伸溶融吹込ファイバーの配合を含んで成るウェブ（例えば、約90容量％までの量のステープルファイバーと、好ましくは約50容量％以下の量のウェブとを含んで成るもの）は数多くの他の利点、特に断熱材としての利用に関しての利点を有する。第１に、けん縮ファイバーの添加はウェブをよりかさ高く、又は弾性にし、このことは断熱特性を高める。更に、この延伸溶融吹込ファイバーは小径、及び狭い分布のファイバー径を有する傾向にあり、両者ともウェブの断熱品質を高めることができ、なぜならそれらは容量単位の材料当りの大きな表面積に貢献するからである。その他の利点はこれらのウェブが、非延伸溶融吹込マイクロファイバーを含んで成るウェブよりも柔軟、且つ、よりドレープ性（drapable）であることにあり、明らかにその理由は回収ファイバー間での熱結合のなさにある。同時に、延伸ファイバーの強い強度のため、及びファイバーの配向性がそれを高温、ドライクリーニング溶剤等に対してより耐性にするため、このウェブは非常に耐久性である。この後者の利点は、常用の溶融吹込手順によって作られたときに性質がアモルファスとなりがちであるポリエチレンテレフタレートのファイバーにとって特に重要である。高温に付したとき、アモルファスポリエステルポリマーは脆い状態へと結晶化することができ、これは布帛の用途の際には耐久性があまりない。しかし本発明の延伸ポリエステルファイバーは似かよったそれらの性質の劣化を伴わずに加熱されうる。
更に見い出されたことは、本発明の軽めの重量のウェブは非延伸溶融吹込ファイバーより作られた重めのウェブと同等の断熱価値を有しうることにある。その理由の一つは、本発明のウェブにおけるより小さめの径のファイバー及び狭い分布のファイバー径は、米国特許第4,118,531号に記載の通り、本発明のウェブにおいてより大きめの有効ファイバー表面積をもたらし、そしてより大きめの表面積はより多くのエアーをそこで有効に保持するからである。単位重量当りの大きめの表面積も達せられ、その理由はショット及び「ローピング（roping）」（からみ合い又は熱結合を通じて常用の溶融吹込において生ずるようなファイバーの集まり）がないからである。
凝集ウェブは延伸溶融吹込ファイバーを非延伸溶融吹込ファイバーと混ぜ合わせることによっても作られうる。かかる複合ウェブを作るための装置を図2Bに示し、そしてこれは図１に示すダイ10（更には図2Aのダイ35）の構造を有する第１及び第２溶融吹込ダイ10a及び10b、並びに第１ダイ10aから押出されたファイバーが通過する少なくとも１台の延伸用チャンバー28を含んで成る。このチャンバー28は図１に示すチャンバー17、並びに図2Aのチャンバー37及び38に似ているが、ただしこの延伸用チャンバーの先端のランダム化部分29は図１及び2Aに示すランダム化部分24又は40とは異なる裾広がりを有する。図2Bの装置においては、このチャンバーは高い標高へと急速に広がり、そしてその部分は出口に至るまで若干狭まっている。かかるチャンバーはウェブに向上した等方特性を授けるが、図１に示すチャンバーのより勾配的な裾広がりはより等方性の特性を授ける。
第２ダイ10Bへと導入されたポリマーは、第１ダイ10Aにより形成されるファイバーと同じように一連のオリフィスを通じて押出されてファイバーとなるが、出来上ったファイバーは延伸用チャンバー28を出るファイバーストリームの中へと直接導入される。延伸、対、非延伸ファイバーの比率は大いに変えることができ、そしてファイバーの性質（例えば径、ファイバー組成、二次成分の性質）は所望の通りに変えることができる。良好な等方性バランスの特性を有するウェブ、例えばウェブの横方向の引張強さがウェブの装置方向の引張強さの少なくとも約3/4であるウェブが作られうる。
本発明のいくつかのウェブは例えば向上した濾過性を担うために粒状物質を含み、これは米国特許第3,971,373号に開示の方法でウェブの中に導入されうる。この追加の粒子はファイバーに結合してもしていなくてもよく、これは例えばウェブ形成中の加工条件の調節又は後熱処理もしくは成形操作による。更に、追加の粒状物質は例えば米国特許第4,429,001号に記載の超吸収材でありうる。
これらのファイバーは広範囲にわたる様々なファイバー形成用材料より成ることができる。溶融ファイバーを作るための代表的なポリマーにはポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート及びポリアミドが含まれる。ナイロン６及びナイロン66が特に有効な材料であり、なぜならこれらは非常に強い強度のファイバーを形成するからである。
本発明のファイバー及びウェブはその濾過能力を高めるために電気的に荷電されてよく、これは形成される際のファイバーに米国特許第4,215,682号に記載の方法で電荷を導入することによるか、又は形成後のウェブに米国特許第3,571,679号に記載の方法で荷電せしめることによる；更には、米国特許第4,375,718号、第4,588,537号及び第4,592,815号も参照のこと。ポリオレフィン、特にポリプロピレンが本発明の荷電ファイバーにおける成分として含まれるのが所望され、なぜならそれらは荷電状態をよく保持するからである。
本発明の繊維ウェブはマイクロファイバーに加えてその他の成分を含んでよい。例えば、ウェブの手触わりを良くするためにファイバー仕上げ品をウェブの上に吹き付けてよい。添加剤、例えば着色料、顔料、充填剤、界面活性剤、研磨剤、光安定剤、難燃剤、吸収剤、医薬品等も本発明のウェブに加えてよく、これはそれらをマイクロファイバーのファイバー形成用液体に導入することによるか、又はそれらを、ファイバーを形成する際に、もしくはウェブを回収した後にファイバーの上に吹き付けることによる。
本発明の完成ウェブは厚みを幅広く変えてよい。ほとんどの場合、ウェブは約0.05〜5.0cmの厚みを有している。ある用途のためには、２枚以上の個々に形成したウェブを一枚の厚めのシート製品へと集成することがある。
本発明を以下の実施例を参照しながら更に説明する。
実施例１
第２ダイ10bを除く図２の装置を用いて、延伸マイクロファイバーをポリプロピレン樹脂（Himont PF 442;Himont Corp.,Wilmington,Delawareより供給;800〜1,000の溶融流動指数（MFI）を有する）より作った。ダイ温度は200℃とし、そして第１エアー温度は190℃とした。第１エアー圧は10PSI（70kPa）とし、オリフィスにおけるギャップ幅は0.015〜0.018インチ（0.038〜0.046cm）とした。ポリマーをこのダイオリフィスを通じて約0.009ポンド／時間／オリフィス（89g/hr/オリフィス）の速度で押出した。
このダイより、図２に示すような内高0.5インチ（1.3cm）、内幅24インチ（61cm）及び長さ18インチ（46cm）の箱様管状延伸用チャンバーにわたってファイバーを引張った。このチャンバーのランダム化又は拡張部分29は長さ24インチ（61cm）であり、そして図面に示す通り、チャンバーの主要部28を規定する壁の部分に対して90゜で裾広がりした、延伸用チャンバーを規定する大きな面積の壁の部分より成る；この壁はチャンバーの主要部とのそれらの接続点にて高さ６インチ（15.24cm）まで裾広がりしており、そして24インチ（61cm）のその長さに至るまで５インチ（12.7cm）の高さへと狭まっている。約25℃の温度を有する第２エアーを、0.05インチ（0.013cm）のギャップ幅を有するオリフィス（図１に示すオリフィス19と類似）を通じて70PSI（483kPa）の圧力で延伸用チャンバーへと吹き込んだ。
完成ファイバーは約5644m/分の速度でチャンバーを出、そしてダイから約36インチ（91cm）離れ、且つ、約5m/分の速度で動いているスクリーン型コレクターの上で回収した。これらのファイバーは、1.8〜5.45ミクロンの径に範囲し、そして約４ミクロンの平均径を有していた。ファイバーについてのスピード／延伸比（出口速度、対、初期押出速度の比）は11,288であり、そして径延伸比は106であった。
ファイバーの引張強さは、Instron引張試験装置で、ファイバーの回収型押ウェブ（その面積の約34％にわたり0.54mm2のサイズのダイヤモンド型スポットを型押し）を試験することにより測定した。この試験はゲージ長さ、即ち、ジョーのすき間を限りなく０に近づけた約0.009cmの長さを利用して行った。結果を図3Aに示す。応力を縦座標にdyne/cm2×107でプロットし、そして％における見かけ上の歪みを横軸にプロットした（右側の縦座標にはpsi×102で応力をプロットした）。ヤング率は4.47×106dyne/cm2であり、破断応力は4.99×107dyne/cm2であり、そして強靱さ（曲線下の面積）は2.69×109erg/cm3であった。引張試験装置のジョー間で非常に小さいすき間を用いたことにより、その測定値は個々のファイバーについての平均値に基づく値に反映し、そして型押の効果は回避された。試験したサンプルは2cmの幅であり、そしてクロスヘッド速度は2cm/分とした。
比較の目的のため、同一のポリプロピレン樹脂より、同一の装置、ただし延伸用チャンバーを通過させないで作った、本実施例と類似のマイクロファイバーに基づく試験を行った。これらの比較ファイバーは3.64×12.73ミクロンの径の範囲にあり、そして6.65ミクロンの平均径を有していた。応力−歪み曲線を図3Bに示す。ヤング率は1.26×106dyne/cm2であり、破断応力は1.94×107dyne/cm2であり、そして強靱さは8.30×108erg/cm3であった。本発明の方法により作ったより延伸させたマイクロファイバーは常用の方法で作ったマイクロファイバーよりもこれらの特性において250〜300％以上高い値を有していることが認められうる。
本発明の延伸ファイバー及び比較非延伸ファイバーについてのWAXS（広角Ｘ線散乱）写真を作製し、そして図4A（本発明のファイバー）及び4B（比較ファイバー）に示す（明らかであろうが、ファイバーのWAXS写真の作製において、写真は、例えば延伸用チャンバーから出るファイバーストリームの中に置かれた回転心棒の上にファイバーの束を回収することによって、又は回収ウェブから一定の長さのファイバーを切り、次いでこの一定の長さの切断片を束にすることによって得られたファイバーの束を撮影したものである）。延伸マイクロファイバーの結晶配向は、図4Aにおける環の存在及びそれらの環の干渉により容易に明らかにされる。
結晶の軸配向性関数（ファイバーの軸に沿った配向）も本発明のファイバーに関して決定し（Alexander,L.E.,Ｘ−Ray Diffraction Methods in Polymer Science、第４章、R.E.Krieger Publishing Co.,New York,1979より公開に記載の方法を利用；詳しくは頁241、式４−21を参照のこと）、そして0.65であることが認められた。この値は、常用の溶融吹込ファイバーに関しては非常に低く、少なくとも０に近いであろう。0.5の値は有意義な結晶配向存在を示し、そして本発明の好ましいファイバーは0.85以上の値を示した。
実施例２
延伸ナイロン７マイクロファイバーを実施例１とほぼ類似の装置を用いて作ったが、ただし延伸用チャンバーの主要部は長さ48インチ（122cm）とした。この溶融吹込ダイは5:1の縦、対、径の比を有する円形平滑表層オリフィス（25/インチ）を有した。ダイ温度は270℃とし、第１エアー温度及び圧力はそれぞれ270℃及び15PSI（104kPa）とし（0.020インチ〔0.05cm〕のギャップ幅）、そしてポリマー仕込速度は0.5lb/hr/インチ（89g/hr/cm）とした。延伸用ファイバーにおいて0.005インチ（0.013cm）のギャップ幅で、70PSI（483kPa）の圧力及び約25℃のエアー温度のエアーを用いて押出ファイバーを延伸せしめた。延伸用チャンバーの裾広がりランダム化部分は長さ24インチ（61cm）である。ファイバーは約6250m/分の速度で出ていった。
代表的なサンプルの走査型電子顕微鏡写真（SEM）は、1.8〜9.52ミクロンのファイバー径を示し、5.1ミクロンの計算平均ファイバー径であった。
比較のため、非延伸ナイロン６ウェブを延伸用チャンバーを利用しないで、且つ、本発明の延伸ファイバーとほぼ同じ径のファイバーを作るために選んだ315℃の高めのダイ温度で作った（高めのダイ温度は押出材料の粘度を下げ、このことは小さな径である作製ファイバーをもたらしがちである；これにより、比較ファイバーは、前記したように通常に製造された溶融吹込ファイバーよりも径が狭い傾向にある本発明のファイバーのサイズに近づくことができる）。ファイバー径の分布は0.3〜10.5ミクロンと測定され、3.1ミクロンの計算平均ファイバー径であった。
作製したファイバーの引張強さを実施例１に記載の通りに測定し、そして得られる応力−歪み曲線を図5A（本発明のファイバー）及び5B（比較非延伸ファイバー）に示す。縦軸の単位はポンド／インチ２であり、そして横軸は％である。
図６は前記の通りに作った本発明の代表的なウェブ（6A）及び比較非延伸ウェブ（6B）のSEM写真であり、ファイバー径についてのそれぞれの相違を更に例示する。ここでわかる通り、この比較ウェブは非常に小さな径のファイバーを含み、明らかに常用の溶融吹込プロセスにおける溶融吹込ダイの出口での大きな乱流の結果もたらされたものである。本発明のプロセスにおいてはダイの出口でより均質なエアーフローが生じ、そしてこれは径がより一律なファイバーの製造に明らかに貢献する。
図７は本発明のファイバー（7A）及び比較ファイバー（7B）に関するWAXS写真を示す。
実施例３
ポリエチレンテレフタレート（Eastman Chemical Co.由来のEastman A150）の延伸マイクロファイバーを、実施例２の装置及び条件を用いて製造したが、ただしダイ温度は315℃と、そして第１エアー圧力及び温度はそれぞれ20PSI（138kPa）及び315℃とした。ファイバー出口は約6000m/分とした。SEMで測定したファイバー径の分布は3.18〜7.73ミクロンであり、平均値は4.94ミクロンであった。
同じ樹脂及び同じ条件、ただし、若干高めのダイ温度（335℃）及び延伸用チャンバーなしで比較例の目的のために非延伸マイクロファイバーを作った。このファイバーの径は0.91〜8.8ミクロンであり、平均値は3.81ミクロンであった。
図８は延伸（図8A）及び比較非延伸ファイバー（図8B）についてのWAXSパターン写真である。延伸マイクロファイバーの高い結晶配向性が明らかである。
実施例４−６
延伸マイクロファイバーを、400〜600（実施例４）、600〜800（実施例５）及び800〜1000（実施例６）の溶融流動指数（MFI）をそれぞれ有する３種のポリプロピレンより作った。実施例２の装置を用い、ダイ温度は185℃とし、そして第１エアー圧及び温度はそれぞれ200℃及び20PSI（138kPa）とした。ファイバーの出口速度は約9028m/分とした。作製した400〜600MFIのマイクロファイバーはSEMにより、3.8〜6.7ミクロンの径の範囲にあり、平均径は4.9ミクロンであることが認められた。
作製した800〜1000MFIのマイクロファイバーの引張強さはInstronテスターを用いて測定し、そして応力−歪み曲線を図9A（本発明のファイバー）及び9B（比較非延伸ファイバー）に示す。
比較目的のため、非延伸マイクロファイバーを同じ樹脂及び同じ条件、ただし、高めのダイ温度及び延伸用ファイバーなしで作った。作製した400〜600MFIのファイバーは4.55〜10ミクロンの径に範囲し、平均値は6.86ミクロンであった。
実施例７
実施例２の装置を用いてポリエチレンテレフタレート（融点251℃,65〜70℃で結晶化する）から延伸マイクロファイバーを、325℃のダイ温度、それぞれ325℃及び20PSI（138kPa）の第１エアー温度及び圧力、並びに1lb/hr/インチ（178g/hr/cm）のポリマー仕込み量で作った。ファイバーの出口速度は4428m/分とした。作製したファイバーは2.86〜9.05ミクロンの径に範囲し、平均径は7.9ミクロンであった。
比較マイクロファイバーも、同じ樹脂及び同じ操作条件で、ただしより高めの温度及び延伸用チャンバーなしで作った。これらのファイバーは3.18〜14.55ミクロンの径に範囲し、そして8.3ミクロンの平均径を有していた。
実施例８〜12
実施例２の装置でウェブを作製したが、ただし延伸用チャンバーのランダム化部分は図１に示すにような裾広がりとし、そして長さ20インチ（51cm）とした。チャンバーの２枚の広い壁のみが裾広がりしており、そして裾広がりの角度θは６゜とした。条件は下記の表Ｉに記載の通りとした。更に、同じポリマー材料から比較ウェブを作ったが、ただし延伸用チャンバーにわたってファイバーを通過させることなく作った；比較ウェブのための条件も表Ｉに示す（記号「Ｃ」に下）。更なる例（11X及び12X）を実施例11及び12に記載のと類似な条件を用いて作製したが、ただし延伸用チャンバー24の裾広がりランダム化部分は長さ24インチ（61cm）とした。ウェブは、星模様（中心点及びこの点から放射状に広がる６本線形部分）で型押され、ここでこのウェブの面積の15％を覆うように形押し、そしてこのウェブを型押ローラーのもとで18フィート／分の速度で通し、表Ｉに示す型押温度及び20PSI（138kPa）の圧力を利用して用意した。本発明のウェブ及び比較ウェブの両者とも掴み引張強さ及びストリップ引張強さについて装置方向（MD）、即ち、コレクター回転の方向、及び横又は横断方向（TD）について試験し（ASTM D 1117及びD 1682に記載の手順で）、そしてその結果を表II及びIIIに示す。エルメンドルフ引裂強さ（ASTM D 1424）もいくつかのサンプルについて測定し、そして表IVに報告する。
0003581712.tif 000002
0003581712.tif 000003
0003581712.tif 000004
0003581712.tif 000005
0003581712.tif 000006
実施例13
本発明の有用な断熱ウェブの例示として、実施例１に従って作られた65重量％の延伸溶融吹込ポリプロピレンマイクロファイバー（詳しい条件については下記の表Ｖを参照のこと）及び35重量％の６デニールのけん縮１−1/4（3.2cm）ポリエチレンテレフタレートステープルファイバーを含んで成るウェブを作った。このウェブはリッケリン（lickerin）ロールでけん縮ステープルファイバーを拾い（米国特許第4,118,531号に教示の装置を用いて）、次いでこの拾い上げたステープルファイバーを延伸溶融吹込ファイバーのストリームの中に、それが延伸用チャンバーから出る際に導入することによって作った。このマイクロファイバーの径をSEMで測定し、そして３〜10ミクロンであることが認められ、その平均径は5.5ミクロンであった。このウェブは非常に柔軟なは手触りを有し、そして直立支持体、例えばボトルの上で支持せしめたときに容易に吊れ下がった。
比較のため、同一のけん縮ステープルテレフタレートファイバー、及び本発明のウェブにおけるマイクロファイバーと似たように作ったが、ただし延伸用チャンバーに通過させていないポリプロピレンマイクロファイバーを含んで成る類似のウェブ（13C）を作った。
断熱値を、Maytag服洗濯機の中で10回洗う前後での２種のウェブについて測定し、そしてその結果を表VIに示す。
0003581712.tif 000007
0003581712.tif 000008
実施例14−15
表Ｖに記載の条件を用いて実施例２に記載の装置で作った80重量％のポリシクロヘキサンテレフタレート（結晶融点295℃;Eastman Chemical Corp.3879）の延伸マイクロファイバー、及び実施例13に記載の方法で溶融吹込延伸ファイバーのストリームの中へと導入した20重量％の６デニールのポリエチレンテレフタレートけん縮ステープルファイバーを含んで成る本発明断熱ウェブを作製した。下記の表VIIに記載の重量ベースを有する、優れたドレープ性及び柔軟な手触りの２種類のウェブを作製した。２種のウェブについての断熱特性も表VIIに示す。
0003581712.tif 000009
実施例16
65重量％の延伸溶融吹込ポリシクロヘキサンテレフタレートマイクロファイバー（Eastman 3879）及び35重量％の６デニールポリエチレンテレフタレートけん縮ステープルファイバーを含んで成る本発明の断熱ウェブを作った。延伸溶融吹込マイクロファイバーの製造のための条件は表Ｖに示し、そして測定した特性は表VIIに示す通りとした。このウェブは優れたドレープ性及び柔軟な手触りであった。
実施例17及び18
本発明の第１ウェブ（実施例17）を実施例に従って作製したが、ただし図２に示すような２つのダイを利用した。ダイ10Aについては、ダイ温度は200℃とし、第１エアー温度及び圧力はそれぞれ200℃及び15PSI（103kPa）とし、そして延伸用チャンバーのエアー温度及び圧力はそれぞれ周囲温度及び70PSI（483kPa）とした。ポリマーの仕込速度は0.5lb/hr/インチ（89g/hr/cm）とした。この延伸用ファイバーを離れるファイバーを、ダイ10bで作製される非延伸溶融吹込ポリプロピレンファイバーと複合させた。ダイ10Bに関しては、ダイ温度は270℃とし、そして第１エアーの圧力及び温度はそれぞれ30PSI（206kPa）及び270℃とした。ポリマーの仕込速度は0.5lb/hr/インチ（89g/hr/cm）とした。
比較として、別の本発明のウェブ（実施例18）を実施例４の方法で作製し、これは延伸溶融吹込ファイバーのみを含んで成る。実施例17及び18の両者を、275℃（135℃）の温度及び20PSI（138kPa）の圧力を用いて、18フィート／分の速度でスポット模様（面積が約0.54mm2のダイヤモンド型スポット；ウェブの総面積の約34％を占める）を型押した。
実施例17及び18の型押ウェブの両者を引張強さ、対、応力についてInstronテスターで装置方向、即ち、コレクターの移動方向、及び横方向で測定し、そしてその結果を下記の表VIIIに報告する。
0003581712.tif 000010
実施例19
第２チャンバーを除いた図2Aの装置を用い、ポリプロピレン樹脂（Himont Pf422）から超微細超ミクロンファイバーを吹込み、押出温度は435゜F（224℃）、そしてダイ温度は430゜F（221℃）とした。押出機はパージブロックで5RPMで作動させた（径3/4インチ、モデルNo.D−31T,C.W.Brabender Instruments of Hackensack,New York）。1gm/オリフィス/hr以下のポリマー流速に近づけるために余計なポリマーをパージさせた。このダイは98個のオリフィスを有し、それぞれは約0.005インチ（125μｍ）のオリフィスサイズ、且つ、0.227インチ（0.57cm）のオリフィス長さであった。第１エアー圧力は30PSI（206kPa）とし、そしてギャップ幅は0.01インチ（0.025cm）とした。このポリマーを延伸用チャンバーの中に吹込んだ。第２延伸用エアーは70PSI（483kPa）の圧力を有し、エアーギャップ幅は0.03インチとし、そして周囲温度とした。そのコアンダ面は1/8インチ（0.32cm）の半径を有していた。このチャンバーは1.0インチ（2.54cm）の内高、４インチ（10.16cm）の内幅、及び20インチ（裾広がり出口部分を含む）の全長を有していた。
形成したファイバーは0.6μｍの平均ファイバー径を有し、ファイバーの52％が0.6〜0.75μｍの範囲にあった。約85％のファイバーが0.45〜0.75μｍの範囲にあった。（ファイバーのサイズ及び分布はウェブの走査型電子顕微鏡写真より、Bausch ＆ Lombにより作られたOmicon（商標）イメージ分析システムによる分析によって決定した。多少のファイバーのローピング（約３％）が認められた。
実施例20
本実施例は再びチャンバー38を用いずに、実施例19の装置及びポリマーを用いた。本実施例において、チャンバー37は多孔性ガラスより成る側壁が施されており、そしてこれは裾広がり出口部分を除いて長15 1/2インチのチャンバーを有していた。チャンバー37を切り進むエアーは、このエアーが様々な角度でコアンダ面に搬送されることを可能にするように調整可能でもあった。このコアンダ面は１インチ（2.54cm）の半径を有し、そして45度のエアー出口角度を有していた。押出機の温度は入口から出口にわたって190から255℃に範囲し、そして１分間当り４回転で回転させた（0.75インチ、1.7cmのスクリュー径）。ポリマー流速を低く保ち、且つ、ダイ中のポリマーの過剰な滞在時間を防ぐためにここでもパージブロックを用いた。ポリマー流速は260gm/hr（2.6g/分／オリフィス）とした。ダイ温度は186℃とし、そしてそれぞれが0.005インチ（0.013cm）のオリフィスサイズを有するオリフィスを有していた。第１エアーの圧力は10PSI（70kPa）であり、エアーギャップの幅は0.005インチ（0.013cm）とした。冷却用エアーを多孔性ガラス壁を通じて10PSI（70kPa）の圧力で導入した。コレクターはダイから22インチ（56cm）に置いた。顕微鏡のもとでファイバーは１μｍの平均径を有することが認められた。
実施例21−34
上記の実施例19の設備及びポリマーを用いた。
プロセスの条件を下記の表IXに記載する。
0003581712.tif 000011
次に下記の表Ｘに記載の結果よりファイバーサイズ（マイクロメーター）分布を決定した。
0003581712.tif 000012
表Ｘにおいて、90％範囲とは、90％以上のファイバーが認められるサイズ範囲であり、Ctは測定したファイバーの本数であり、そしてSt.Dev.は標準偏差を表わしている。一般に、より狭いサイズ分布が遅めのポリマー流速で認められた。実施例22及び23は高めの押出機スピードを有し、そして実施例21及び24に比べて有意に広いファイバー径の範囲を示した。
表Ｘ中の最後の３つの実施例（31〜33）は他の実施例よりも小さめの平均径を有していた。これは比較的低めの第１エアー圧と延伸用チャンバーオリフィスからの比較的高めエアー圧との組合せにより生ずると信じられている。
実施例33は非常に狭いファイバー径範囲の極端に小さな平均径のファイバーをもたらした。図13の実施例33のファイバーの走査型電子顕微鏡写真は、ファイバーサイズの一律性を示す（「5.0kx」の下の小さな線分が１マイクロメーターを表わす）。
実施例34
本実施例において、実施例20と同一の設備及びポリマーを用いたが、ただし第２チャンバー38（即ち、実施例19に用いたもの）を使用した。押出機及び計量ポンプの比をパージブロックをコントロールするために用いた。この押出機の出口温度は240℃とし、そしてパージブロック及びダイは250℃とした。この押出機は2RPMで作動させた。
パージブロックの動作は３台の精密ポンプによりコントロールした（ポンプ１、「Zenith」ポンプ、モデルNo.HPB−4647−0.297;ポンプ２及び３、「Zenith」ポンプ、モデルNo.HPB−4647−0.160;Powell Equipment Company,Minneapolis,Minnesotaより入手）。ポンプ１及びポンプ２は、精密、調節可能、定常スピードモーター（モデルナンバー5BP56KAA62,Boston,MassachusettsのBoston Gear Company）により駆動させた。これらのポンプはフルタイムギヤー駆動に接続させ、これはポンプ１をポンプ２のスピードの５倍で駆動させる。ポンプ３は同じタイプの別個の精密スピードモーターで駆動させた。これらのポンプは樹脂の勢いのよいストリームを２本のストリームに分割する。ポンプ３由来の大きめのポリマーストリームはこの系から除去（パージ）させた。ポリマー２由来の小さめのストリームを保持した。
小さめのストリームを、240穴／インチ２のメッシュを有する小さなガラスビーズのフィルター層であって、１ミクロン（１μｍ）より大きいあらゆる外来物質を除去できるものに通した。次にこれをダイへと搬送し、そしてオリフィス（径0.012インチ、0.03cm）を通じて押出した。
第１エアー（「エアー１」）をコントロールした温度（210℃）、圧力（0.01インチのエアーギャップで5PSI）及び容量／単位時間でダイに供給した。
本発明のファイバーの実際の形成及び回収の前に、ダイを通じるポリマーの流速を、ダイをすぐ超えた地点で出現する樹脂ストリームのサンプルを回収することにより測定し、これはその地点に小さな秤量済のメッシュ／スクリーンの断片を置くことによる。５分後、このスクリーンを再秤量し、回収された樹脂の重さ及びグラム／穴／分における押出速度を計算した。
この測定を行った後、樹脂のストリームを２台の個別のチャンバーに経由せしめた。
第１延伸用エアーストリームは第１チャンバーにわたって溶融−しかしながら−冷却樹脂のストリームを運搬せしめるために用いた。延伸用エアーの圧力は10PSI（70kPa）とし、エアーギャップは0.03インチ（0.076cm）とした。チャンバーの多孔性側壁を介してエアーを5PSI（35kPa）で導入もした。
次にこれらのファイバーを、それらが実質的に又は完全に冷却した際に第２延伸用チャンバー38に横切らさせ、この延伸用チャンバーは0.03インチ（0.076cm）のエアーギャップで60PSI（412kPa）の延伸用エアーストリーム及び5PSI（35kPa）で開口部を通じて導入されるチャンバー出口付近のエンタングル用エアーストリームを有している。ポンプ１（図2Aの31）は1730RMPで作動させ、そしてポンプ２（図2Aの32）はこのスピードの1/5で駆動させ、そしてポンプ３（図2Aの33）は定常にて約900RPMにて作動させた。ポリマーの供給速度は1gm/hr/オリフィスとした。形成されるファイバーは1.1μｍの平均径を有し、全てのファイバー（６本を計測）は0.07〜1.52μｍの範囲にあった。
比較のため、これと同一のポリマーをいずれかのチャンバー（図2Aの37又は38）なしで吹込んだ。この溶融吹込プロセスの残りの工程の全ての条件は同一としたが、ただし第１エアー圧は10PSI（70kPa）にまで高めた。回収したファイバーは1.41μｍの平均ファイバー径を有し、0.37μｍの標準偏差であった。全てのファイバーは0.5〜2.1μｍの範囲にあった。
更なる比較のため、より高いポリマー吹込速度（89gm/hr/オリフィス）を利用している実施例１を参照のこと。この条件は延伸及び非延伸溶融吹込ファイバーの両者に関してより幅の広い範囲のファイバー径をもたらした。
実施例35
本実施例は実施例34の手順及び装置に従って実施した。ポリマーはポリエチレン（Dow Aspun（商標）6806,Dow Chemical Co.,Midland,MIより入手可能）とした。押出機は3RPMで作動させ、出口温度は約200℃とした。ギヤーポンプ１は1616RPMで作動させ、ギヤーポンプ３は1017RPMで作動させた。ポリマーの供給速度は約1.0gm/hr/オリフィスとした。第１エアー温度及び溶融温度はともに162℃とした。第１エアーのエアー圧は6PSI（32kPa）とした。チャンバー37における延伸用エアーは0.01インチ（0.025cm）のギャップ幅で50PSI（345kPa）とし（室温）、そして冷却用エアーは10PSI（70kPa）とした。第２チャンバーは50PSI（345kPa）での延伸用エアー及び10PSI（70kPa）でのエンタングリング用エアーストリームを有していた。平均ファイバー径は1.31μｍであり、標準偏差は0.49μｍであった（12のサンプル）。全てのファイバーは0.76〜2.94マイクロメーターのサイズ範囲にあり、94％が0.76〜2.0μｍであった。このダイは56個のオリフィスを有し、それぞれは0.012インチ（0.03cm）であった。
実施例36
実施例35のポリマーを0.992gm/hr/オリフィスのポリマー供給速度で（それぞれ1670,922及び３のギヤーポンプ31、ギヤーポンプ33及び押出機のRPM）、実施例34の通りに流した。第１エアー（170℃）は0.01インチ（0.025cm）のエアーギャップ幅で10PSI（70kPa）とした。200℃のダイから押出した溶融温度は140℃とした（押出機の出口温度及びブロック温度は約170℃）。形成した非延伸ファイバーは4.5μｍの平均ファイバー径を有し、標準偏差は1.8μｍであった。93％のファイバーが２〜８μｍの範囲の中で見い出された（47本のファイバーをサンプルした）。
比較して、実施例３のポリエチレンファイバーは延伸せしめてないときにほぼ同じファイバーサイズ分布を有していたが、実施例35に比して、延伸せしめたときはより幅の広いファイバーサイズ分布であった。
実施例37及び38
これらの実施例は先に実施例の手順に従って実施した。利用したポリマーはナイロン（BASF KR−4405）とし、非延伸及び延伸実施例について、それぞれ0.005インチ（0.013cm）及び0.012インチ（0.03cm）の径のオリフィスを有するダイインサートを利用した。押出機はそれぞれ２及び20RMPで作動させ、それぞれ310及び300℃の出口温度とした。ダイ及びフィードブロック温度は、それぞれについて280℃及び270℃、並びに275℃及び270℃とした。ギヤーポンプ31及び33はそれぞれ1300及び1330RPMで作動させた。溶融温度はそれぞれ231及び234℃とし、そして第１エアー温度はそれぞれ242及び249℃とした。実施例37は延伸させず、0.01インチ（0.025cm）のエアーギャップで7ft3/分（0.2m3/分）の第１エアーのみを用いた。得られるファイバーは1.4μｍの平均径を有し、標準偏差は1.0であった。ファイバーのうちの95％（62本を計測）が、0.0〜3.0μｍの範囲のファイバーであった。比較のため、より幅の広い範囲のファイバー径が得られた高めのポリマー流速に関する実施例２を参照のこと。
実施例38は3.5ft3/分（0.01インチ（0.025cm）のエアーギャップで10PSI又は70kPa）の第１エアーを用いて延伸させた。第１チャンバーは37は20PSI（140kPa）の延伸用エアー及び5PSI（35kPa）の側壁エアーを有していた。第２延伸用チャンバーは40PSI（277kPa）のエアー及び5PSI（35kPa）のエンタングル用エアーを有していた。得られるファイバーは1.9μｍの平均径を有し、標準偏差は0.66μｍであった。ファイバーのうちの91.6％（24本を計測）が1.0〜3.0μｍの範囲に属する径を有していた。
上記の実施例は例示目的にすぎない。本発明の様々な改良及び変更は本発明の範囲を逸脱することなくなされ、そして本発明は例示目的で記載した事項に限定されることはない。
【図２Ａ】
0003581712.tif 000013
【図２Ｂ】
0003581712.tif 000014
【図１】
0003581712.tif 000015
【図３Ａ】
0003581712.tif 000016
【図４Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ｂ】
0003581712.tif 000019
【図５Ａ】
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【図６Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
0003581712.tif 000028
【図９Ｂ】
0003581712.tif 000029
【図１０Ａ】
0003581712.tif 000030
【図１３】
0003581712.tif 000031
【図１０Ｂ】
0003581712.tif 000032
【図１１Ａ】
0003581712.tif 000033
【図１１Ｂ】
0003581712.tif 000034
【図１２】
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