(57)【要約】【課題】耐摩耗性が可及的に向上され、製織時のフィブリルやスカム発生の問題がないモノフィラメントを提供すること。【解決手段】繊度が５〜１０００ｄｔｅｘのモノフィラメントであって、該モノフィラメント表面には、大きさ１０ｎｍ〜１μｍの凹凸が存在しており、さらにモノフィラメント表面に金属がコーティングされている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊度が５〜１０００ｄｔｅｘのモノフィラメントであって、該モノフィラメント表面には、大きさ１０ｎｍ〜１μｍの凹凸が存在しており、さらにモノフィラメント表面に金属がコーティングされていることを特徴とする耐摩耗性に優れたモノフィラメント。
【請求項２】
コーティングされた金属層の厚みが１００ｎｍ〜２μｍである請求項１記載の耐摩耗性に優れたモノフィラメント。
【請求項３】
繊度が５〜１０００ｄｔｅｘのモノフィラメント表面を、プラズマ照射処理して大きさ１０ｎｍ〜１μｍの凹凸を形成させた後、無電解メッキ法及び／又は電解メッキ法により金属をコーティングすることを特徴とする耐摩耗性に優れたモノフィラメントの製造方法。
【請求項４】
コーティングされた金属層の厚みが１００ｎｍ〜２μｍである請求項３記載の耐摩耗性に優れたモノフィラメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性に優れたモノフィラメント及びその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、モノフィラメントの表面をプラズマ照射処理により粗面化し、さらにこのモノフィラメント表面に無電解メッキ法及び／又は電解メッキ法により金属をコーティングしたモノフィラメントおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モノフィラメントは、高精度織物に製織してスクリーン紗や各種フィルターなどの用途に利用されている。一般にこのような用途において、汎用品としてはポリアミドやポリエステルのモノフィラメント、ステンレス細線等が使われているが、より高い寸法精度や耐久性が要求されるスクリーン紗用途、またより過酷な条件で使用されるフィルター用途においては、さらに高い耐熱性や耐薬品性、寸法安定性などが要求されるため、上記のような素材ではこれらの特性を十分に満足させることができないという問題があった。
そのため、これらの用途には、高い機械的物性を有し、さらに耐熱性や耐薬品性に優れたパラ系アラミド繊維やポリアリレート繊維などのモノフィラメントが使用されている。
【０００３】
しかしながら、一般にこのような高強力高弾性率繊維のモノフィラメントは、分子鎖が繊維軸方向に高度に配向しているため、繊維軸に対して垂直な力に対しては非常に弱く、摩擦等により繊維が容易にフィブリル化するという欠点がある。そのため、このようなモノフィラメントを製織する際には、経糸と緯糸との摩擦や筬との摩擦により繊維が摩耗し、フィブリルやスカムが発生しやすいという問題があった。
【０００４】
このような欠点を克服するために、特開平８−２６０２４９号公報には、芯成分が芳香族ポリエステルからなり、鞘成分が、屈曲性熱可塑性高分子からなる海成分と芳香族ポリエステルからなる島成分とで構成された海島構造である芯鞘構造の複合繊維が開示されている。
【０００５】
該繊維においては、繊維表面の大部分が屈曲性熱可塑性高分子から構成されているため、優れた耐摩耗性を有しており、また鞘成分に芯成分と同じ芳香族ポリエステルが含まれているため、芯鞘間での剥離も生じにくい。しかしかかる繊維を製造するには、既存の装置をそのまま使用することはできず、特殊な紡糸設備を設置するための新たな設備投資が必要となる。また鞘成分のマトリックスは熱可塑性高分子であるため、芯成分ほどの機械的物性や耐熱性を有しておらず、そのため芯成分の特性を十分に発揮させることができない。さらに、例えばパラアラミド繊維のように、ポリマーを有機溶剤や硫酸に溶解させたドープを用いて乾式および／または湿式紡糸法により製糸する場合には、芯鞘構造を有するモノフィラメントの製造が非常に困難であるという問題を有していた。
【０００６】
また、特開平１１−２６９７３７号公報には、高強力繊維にポリシロキサン及び／又はフッ素系樹脂を被覆したモノフィラメントが開示されている。この方法は、簡便な処理により樹脂をモノフィラメントの表面に付着させることができる上、その樹脂が耐摩耗性に優れているので、製織性が向上することが期待できるが、ポリシロキサンの重合度や分子構造、或いは金属触媒の添加による架橋反応が充分に起こっていない場合には樹脂層の強度が十分ではないという欠点がある。
【０００７】
さらに、フッ素樹脂を被覆した場合、フッ素系樹脂の特性を十分に発揮させるためには、３５０℃以上の温度で焼成を行わなければならず、その際にモノフィラメントの劣化が起こる可能性がある。さらにフッ素系樹脂は表面張力が低いため、乳剤との接着性が悪くなり印刷用スクリーン紗には不適であるという問題もある。
【０００８】
さらに、特開昭６０−２００９６７号公報には、有機高分子シートのような基材の表面をプラズマ照射処理し、無電解法にて金属メッキする方法が開示されている。しかし、該方法は、基材ヘの導電性の付与や審美性を改良することを主な目的とするものであり、これをモノフィラメントの耐摩耗性向上に適用できるか否かについては不明である。
【０００９】
このように、フィブリル化が起こりやすいモノフィラメントに対し、効率的に耐摩耗性を向上せしめるような方法は従来知られておらず、かかるモノフィラメントの製造方法の開発が強く求められていた。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２６０２４９号公報
【特許文献２】特開平１１−２６９７３７号公報
【特許文献３】特開昭６０−２００９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点を解決し、耐摩耗性が可及的に向上され、製織時のフィブリルやスカム発生の問題がないモノフィラメントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、モノフィラメント表面への金属コーティングに先立ち、プラズマ処理によりモノフィラメント表面を粗面化するとき、所望のモノフィラメントが得られることを究明し、本発明に到達した。
【００１３】
かくして本発明によれば、繊度が５〜１０００ｄｔｅｘのモノフィラメントであって、該モノフィラメント表面には、大きさ１０ｎｍ〜１μｍの凹凸が存在しており、さらにモノフィラメント表面に金属がコーティングされていることを特徴とする耐摩耗性に優れたモノフィラメントが提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、繊度が５〜１０００ｄｔｅｘのモノフィラメント表面を、プラズマ照射処理して大きさ１０ｎｍ〜１μｍの凹凸を形成させた後、無電解メッキ法及び／又は電解メッキ法により金属をコーティングすることを特徴とする耐摩耗性に優れたモノフィラメントの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、耐摩耗性が可及的に向上され、製織時のフィブリルやスカム発生の問題がないモノフィラメントが提供されるので、高い寸法精度や耐久性が要求されるスクリーン紗用途、またより過酷な条件で使用されるフィルター用途などに好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に使用するモノフィラメントは特に限定されず、例えばパラ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリケトン繊維、ポリエチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維などいかなる有機繊維のモノフィラメントにも適用できるが、その中でも高強力高弾性率繊維で一般にフィブリル化しやすいとされるパラ系アラミド繊維やポリアリレート繊維、ポリベンザゾール繊維のモノフィラメントを用いた場合においては特に顕著な効果が見られる。
【００１７】
ここで、パラ系アラミド繊維の具体例としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、コポリパラフェニレンー3,4'オキシジフェニレンーテレフタルアミドが、ポリアリレート繊維としては全芳香族ポリエステル、またポリベンザゾール繊維としてはポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリパラフェニレンベンゾビスチアゾールなどをそれぞれ挙げることができる。
【００１８】
本発明に使用するモノフィラメントの繊度は、５〜１０００ｄｔｅｘ、好ましくは１０〜１００ｄｔｅｘ、さらに好ましくは１０〜５０ｄｔｅｘのモノフィラメントである。該モノフィラメントの繊度が５ｄｔｅｘ未満の場合、繊維の構成素材にもよるが一般的に高い製糸技術が必要となり、生産レベルでの製糸が困難であるばかりでなく、プラズマ照射による粗面化により糸切れが発生しやすくなる可能性がある。
【００１９】
一方該モノフィラメントの繊度が１０００ｄｔｅｘを超える場合、モノフィラメントの表面積が広くなるため、表面全体を均一に粗面化することが困難となる。しかし、上記の範囲外の繊度のモノフィラメントに同様の処理を行っても、耐摩耗性向上の効果は期待できるため、上記の範囲外の繊度のモノフィラメントヘ処理しても差し支えない。
【００２０】
本発明で規定するモノフィラメントとは、1本のフィラメントからなる長繊維であり、断面形状や繊維物性、微細構造、ポリマー性状(末端カルボキシル基濃度、分子量等)、ポリマー中の添加剤の有無等には、なんら限定を受けるものではない。
【００２１】
本発明においては、後述するプラズマ照射処理によって、モノフィラメント表面全体に凹凸を付与するが、その凹凸の大きさは１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍである。該凹凸の大きさが１０ｎｍ未満の場合、プラズマ照射処理に要する時間が長くなり、処理効率が大幅に低下する。一方、該凹凸の大きさが１μｍを超える場合、モノフィラメント／金属層の接触面積が小さくなることにより十分な密着性を得ることができず、金属層が容易に剥離する可能性がある。
尚、上記凹凸の大きさは、モノフィラメント表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、２０個の凹凸についてその平均値で表したものである。
【００２２】
さらに、本発明においては、後述する金属メッキ処理によって、プラズマ照射処理により凹凸を付与したモノフィラメント表面全体に金属をコーティングするが、そのコーティングする金属層の厚みは１００ｎｍ〜２μｍが好ましい。更に好ましくは５００ｎｍ〜１μｍである。該金属層の厚みが１００ｎｍ未満の場合、金属層の厚みが薄すぎるためにモノフィラメントの耐摩耗性向上に寄与しない場合がある。一方、該金属層の厚みが２μｍを超える場合、耐摩耗性は十分向上するものの、金属層がモノフィラメントに比べ遥かに剛直であるため、柔軟性が損なわれたり、屈曲等により金属層にひび割れが生じる場合がある。
【００２３】
金属をコーティングする公知の方法としては、イオンプレーティング法、スパッタリング法、真空蒸着法など様々あるが、本発明においては、無電解メッキ法および電解メッキ法がもっとも好ましい。その理由は、本発明においてモノフィラメントの耐摩耗性の向上を達成するためには、モノフィラメントに対してほぼ均一な厚みの金属をコーティングすることが必須である。しかしながら、イオンプレーティング法、スパッタリング法、真空蒸着法等の方法は、本来基材に対して片面側をコーティングする手法であり、本発明のようにモノフィラメントの表面に対して均一に金属をコーティングする必要がある場合には作業性の面から適用が困難であるからである。
【００２４】
一方、無電解メッキ法および電解メッキ法は、電解質溶液に基材を浸漬し、触媒や還元剤の作用による金属イオンの還元により基材上に金属がコーティングされるため、基材に触媒が均一に含浸され且つ電解質溶液と接していれば、基材全体にほぼ均一に金属をコーティングすることが可能となる。
【００２５】
本発明でコーティングする金属の種類は、無電解メッキ法および電解メッキ法でメッキ可能な金属であれば特に限定されるものではないが、汎用性や金属の剛直性、環境への影響等の観点から、銅、ニッケル、銀、金、白金等の単一金属およびこれらを主成分とする合金を単層もしくは複数層コーティングすることが望ましい。
【００２６】
本発明において、モノフィラメントヘの凹凸の付与による粗面化は、プラズマ照射による処理で行う。この際、プラズマ照射処理によるエッチング効果をより顕著に発現させるために、モノフィラメントはプラズマ照射処理前に予め常法により油剤や不純物等を除去したものを使用することが好ましい。その後、プラズマをモノフィラメント表面全体に照射することにより、モノフィラメント表面に凹凸を付与する。
【００２７】
ここで、プラズマとは、低圧下もしくは常圧下に気体分子が充填された雰囲気に電場をかけることにより、気体中に存在する自由電子が加速され、この加速された自由電子が気体分子と衝突することにより、気体分子がイオンやラジカル、電子等に解離した荷電粒子を含む、電気的に中性な雰囲気のことを指す。またプラズマ照射処理とは、基材を前記のようなプラズマ雰囲気下に放置することにより、活性が非常に高いイオンやラジカル等を基材に照射させる処理を指す。この方法では、充填する気体分子の種類により様々なイオンやラジカルを基材に照射することが可能であり、それによって基材表面に様々な官能基を導入することができるため、不活性な樹脂やフィルム、ガラス等の表面改質手法として幅広く利用されている。
【００２８】
本発明においては、このようにしてイオンやラジカル等が基材に照射される際、これらのエッチング効果によりモノフィラメント表面全体に凹凸を付与することができる。
【００２９】
本発明において、プラズマ照射処理に用いる気体としては、プラズマ処理の際に一般的に用いられる、空気、酸素、窒素、炭酸ガス、ヘリウム、アルゴン等の単一気体もしくはこれらの混合気体を挙げることができる。
【００３０】
プラズマ照射処理の条件としては、用いる装置の規格により異なるため一概にはいえないが、各プラズマ照射装置で規定された一般的な圧力、周波数、電圧、電極問距離等の条件下で、モノフィラメントに付与される平均的な凹凸の大きさが１０ｎｍ〜１μｍの範囲となりうる時問プラズマ照射することが望ましい。なお、現在様々なメーカーから様々なタイプのプラズマ照射処理装置が上市されているが、本発明で目的としているモノフィラメントに対してエッチング効果が発現する装置であれば、どのようなものを用いても特に差し支えない。また装置の性能が十分に発揮される条件でのプラズマ照射処理であれば、バッチ処理でも連続処理でも特に規定されるものではない。
【００３１】
本発明において、金属のコーティングは、上述の通り無電解メッキ法により行うことができる。この無電解メッキの条件は、コーティングする金属の種類や厚み等により大きく異なるため一概にはいえないが、コーティングしたい金属の電解質溶液に還元剤を添加し、金属イオンの還元によりモノフィラメント表面に金属を析出させる。
【００３２】
この際、より効率的にモノフィラメント表面に均一に金属をコーティングするために、還元剤や金属イオンを還元する作用を有する触媒を予めモノフィラメント表面に均一に処理したものを用いることが望ましい。前述の金属は、一般的に自己触媒能を有しているため、金属イオンの還元による析出は連続的に起こり、その結果としてモノフィラメント上にほぼ均一な厚みの金属被膜が形成される。この際、モノフィラメントの電解質溶液への浸漬時間は、各金属イオンの還元速度や、電解質溶液中の金属イオン濃度、還元剤の性能により異なる」ため一概にはいえないが、無電解メッキの後に後述する電解メッキにて金属をコーティングする場合においてはその厚みを考慮し、最終的にモノフィラメントにコーティングする金属層の厚みが１００ｎｍ〜２μｍの範囲内になるであれば、特に規定されるものではない。
【００３３】
上記の如く、無電解メッキ法でモノフィラメント表面に金属をコーティングした後、必要に応じてこの金属層の表面に電解メッキ法にて１種もしくは２種以上の金属をコーティングする。この目的は、無電解メッキでコーティングした金属よりも硬い金属をコーティングすることにより、モノフィラメントの耐摩耗性を向上させることである。しかし、この金属層の厚みが無電解メッキでコーティングした金属層よりも厚い場合、モノフィラメントの柔軟性が損なわれ、取扱い性の低下や屈曲等による金属層の破壊が懸念されるため、電解メッキでコーティングされる金属層の厚みは、無電解メッキでコーティングされる金属層の厚みよりも薄いことが好ましい。
【００３４】
電解メッキは、一般的によく知られている公知の方法をそのまま適用することができる。電解メッキの条件は、コーティングする金属の種類や電解質溶液の金属イオン濃度、電流、時間等により異なるため一概にはいえないが、電解メッキ後の金属層の厚みが無電解メッキでコーティングした金属層の厚みよりも薄いことが好ましいが、特に規定されるものではない。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例にてさらに詳細に説明する。なお、実施例中の物性は下記の方法により測定した。
（１）モノフィラメントと金属層の密着性
小型屈曲疲労試験機（カトーテック（株）製）を用い、モノフィラメントを下記条件で５００回屈曲させた後の屈曲面を光学顕微鏡で観察し、金属層の剥離の状態や、ひび割れの発生状態を観察した。金属層の剥離やひび割れが観察されない場合を○、金属層のひび割れは観察されるが、金属層の剥離は観察されない場合を△、金属層はひび割れ、金属層の剥離が観察される場合を×として表した。
屈曲速度:６０ｒｐｍ
屈曲角度:１８０°
荷重:１ｇ
屈曲部:Ｒ＝０
【００３６】
（２）耐摩耗性
図１に示す糸摩耗試験機を用いて、耐摩耗性を評価した。具体的には、まず任意の長さの試料（モノフィラメント）３を、図１のように摩擦用金属片ホルダー４に固定されたスチール製の摩擦用金属片５（スチール製、縦７０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ）とガイドピン７との間に通した。このとき摩擦用金属片５とガイドピン７との間に通る糸の糸導に対する角度が５０°となるように調整した。
続いて、固定滑車１に試料３を通し、試験糸３の両端を固定した。次にフック付き重り２に２０ｇの重りを掛けて糸張力を調整した後、摩擦用金属片ホルダー台８に固定された摩擦用金属片ホルダー４を、長さ１０ｃｍのレール６の間を１００回／分の速さで往復させた。そして目視判定でフィブリルが観察されたところで試験を終了し、そこまでの摩擦用金属片ホルダー４が往復した回数を摩耗回数とした。
【００３７】
［実施例１］
モノフィラメントとして、パラ系芳香族ポリアミド繊維であるコポリパラフェニレン−3,4'オキシジフェニレン−テレフタルアミド繊維である「テクノーラ」(帝人テクノプロダクツ（株）製、繊度２２ｄｔｅｘ（直径４５μｍ）)を用いた。
次に、このモノフィラメントを３００℃で１分間熱処理して油剤や不純物を除去した後、下記装置および条件で、１０分間プラズマ照射処理を行った。
装置名：ダイレクト平行平板電極型常圧プラズマ表面処理装置ＡＰ−Ｔ０２−Ｓ３５０（積水化学工業（株）製）
圧力：大気圧、充填気体：酸素、周波数：１５ｋＨｚ：１５ｋＨｚ、初期出力：１７０Ｖ、増幅後：１４．７ｋＶ、電極間クリアランス：１．５ｍｍ）
【００３８】
プラズマ照射処理後のモノフィラメントを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察したところ、モノフィラメント表面に形成された凹凸の大きさは８０ｎｍであった。
次にこのモノフィラメントにパラジウム系触媒を含浸後、公知の無電解メッキ法にて銅をコーティングした。コーティングされた銅の厚みは６００ｎｍであった。
さらに、その後、このモノフィラメントに対して、公知の電解メッキ法にてニッケルをコーティングした。コーティングされたニッケルの厚みは４００ｎｍであった。
【００３９】
［実施例２］
実施例１において、電解メッキ法によるニッケルコーティングを行わなかった以外は実施例１と同様に実施した。
【００４０】
［比較例１］
実施例１において、プラズマ照射時間を１分間とした以外は実施例１と同様に実施した。この際、モノフィラメント表面に形成された凹凸の大きさは５μｍであった。
【００４１】
［比較例２］
実施例１において、コーティングされた銅の厚みが３μｍとなるようにコーティングし、電解メッキ法によるニッケルコーティングを行わなかった以外は実施例１と同様に実施した。
【００４２】
［比較例３］
実施例１において、テクノーラモノフィラメントにプラズマ照射処理を行わなかった以外は、実施例１と同様に実施した。
【００４３】
［比較例４］
テクノーラモノフィラメントにプラズマ照射処理や金属のコーティングを行うことなくそのまま用いた。
得られたモノフィラメントの物性を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2006328599.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、耐摩耗性が可及的に向上され、製織時のフィブリルやスカム発生の問題がないモノフィラメントが提供されるので、高い寸法精度や耐久性が要求されるスクリーン紗用途、またより過酷な条件で使用されるフィルター用途などに好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】耐摩耗性の評価を行う際に使用する糸摩耗試験機の概略を示す模式図。
【符号の説明】
【００４７】
１  固定滑車
２  フック付き重り
３  試験糸
４  摩擦用金属片ホルダー
５  摩擦用金属片
６  レール
７  ガイドピン
８  摩擦用金属ホルダー台
【図１】
2006328599.tif 000003