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あいち産業科学技術総合センター

研究報告2023

研 究 ノートア クチ ュエ ー タ繊 維 の 環 境 特 性 の評 価
宮 本 晃 吉 *1 、 佐 藤 嘉 洋 * 2
E valu ati on for En vir on men tal Pr o per ties o f Ac tu ator Fi ber
Kokichi MIYAMOTO *1 and Yoshihiro SATO * 2Owari Textile Research Center * 1 Mikawa Textile Research Center * 2
 モノフィラメントに強撚を加えてコイル形状に加工した繊維は加熱・冷却による伸縮を示し、アクチュ
エ ー タ と し て 動 作 す る 。 本 研 究 で は 、 LLDPE 及 び PA の コ イ ル 状 繊 維 を 作 製 し 、 耐 熱 ・ ク リ ー プ 特 性 及び 湿 度 の 影 響 に つ い て 評 価 を 行 っ た 。 そ の 結 果 LLDPE 、 PA と も に 、 あ る 温 度 条 件 で 長 期 使 用 が 可 能 とな る こ と が 明 ら か に な っ た 。 ま た PA で は 、 高 湿 度 の 環 境 に お い て ク リ ー プ 特 性 に 大 き な 違 い は 生 じ な いが、伸縮量が増加する特性を持つことが示された。

1. はじめに維について、繰り返し伸縮可能な条件を決定するため、

 近年、ナイロンなどのモノフィラメントに強撚を加え所定荷重下において LLDPE は 90℃、PA は 180℃の高てコイル状に加工した繊維が、加熱・冷却による可逆的温下と常温での試料長を繰り返し測定した。荷重を順次な伸縮挙動を示すことが報告され、注目を集めている。

増加し、測定を行うことで繰り返し伸縮可能な最大の負このコイル状繊維は柔軟・軽量でありながら、伸縮量、荷荷重を LLDPE は 1.96N、PA は 2.45N と決定した。

収縮時の発生力ともに人の筋肉に匹敵する数値を示すこ

この負荷荷重にて LLDPE は 90℃、PA は 180℃で熱セとから、モーターなどの機械類に代わる駆動源としてのットを行った後、同じ負荷荷重にて耐熱・クリープ特性応用が期待されている。

及び湿度の影響に対する評価を行った。

 我々はこれまでに、撚糸機を用いたコイル形状への連 また、コイル状繊維の熱セット特性を評価するため、続加工技術、コイル状繊維の製織技術などを開発してき

LLDPE のモノフィラメントを用い、意匠撚糸機によりた 1)。しかしながら、コイル状アクチュエータ繊維はま単糸のコイル状繊維を連続的に作製した。

だ研究が始められたばかりであり、その環境特性や単糸

2 . 2 耐 熱 ・ クリ ープ 特 性 、 湿 度 の 影 響 の 評 価

での熱セット特性についての報告が少ない。そこで、本 恒温恒湿器(日立アプライアンス(株)製 EC-85MHP-

研究ではコイル状アクチュエータ繊維の環境特性である

表 1 に示す熱サイクルを繰り返し、標準WS)を用いて、表耐熱・クリープ特性や湿度による影響、単糸の連続加工状態である 20℃65%RH と高温条件における試料長を測による熱セット特性について評価を行った。

定した。LLDPE 及び PA のコイル状繊維の耐熱・クリープ特性については、高温条件をそれぞれ 70℃20%RH

2 . 実験方 法

及び 80℃20%RH として試験を行った。

2. 1 コイル状繊維の作製

 また PA のコイル状繊維に対する湿度の影響について

 原 料 と して 770dtex の直 鎖 状低 密 度ポ リ エ チレ ン(LLDPE)と 730dtex のポリアミド(PA)66 のモノフィラ

は、高温条件を 80℃95%RH として試験を行った。
表 1 熱サイクル試験条件

メントを使用した。なお、LLDPE のモノフィラメント

温湿度条件

試験時間

は一般に市販されていないため、溶融紡糸装置を用いて

120℃65%RH

1.5 時間作製した。次にモノフィラメントの一端に錘を吊るすこ

220℃65%RH から高温条件へ移行

1 時間とで張力を与えながら、全体がコイル形状になるまで他

3

高温条件

20 時間

端から加撚し、単糸のコイル状繊維に加工した。コイル

4

高温条件から 20℃65%RH へ移行

1.5 時間状に加工した繊維はそのままでは撚り戻りが起こるため、

2. 3 熱セット 特性 の 評価

2 本のコイル状繊維を LLDPE は約 200mm、PA は約 意匠撚糸機により作製した LLDPE の単糸のコイル状150mm の双糸に加工した。作製した双糸のコイル状繊繊維について、恒温槽((株)愛機リオテック製 OT-PO-B)*1 尾張繊維技術センター

素材開発室

*2 三河繊維技術センター

製品開発室

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を用いてロール to ロールによる熱セット加工を行った。

コイル状繊維に対する湿度の影響について評価を行った

恒温槽の全長は 3m、巻き取り速度は 2m/min、温度は図 3)。図 3 より、高湿度になることでクリープ特性に(図80℃から 160℃の範囲にて熱セット加工を行った。加工大きな違いは生じないが、伸縮量が増加していることがしたコイル状繊維について、JIS L 1095 スナール指数わかる。コイル状繊維は、所定の温度までは環境温度のA 法を準用し、熱セット特性の評価を行った。

増加により伸縮量が増加する特性があり、湿熱の方が乾熱よりも熱容量が大きいため、高湿度になることで伸縮

3 . 実験結 果 及び考 察 

量が増加したことが一因と考えられる。

3 . 1 コ イル 状 繊 維 の 耐 熱 ・ クリ ープ 特 性
 LLDPE 及び PA のコイル状繊維に対する耐熱・クリ
図 1 、図図 2 に示す。
ープ特性についての試験結果を図 図 1、図 2 より、LLDPE の 70℃20%RH 及び PA の場合、表 1 の熱サイクル条件の 2 周目までの試験初期においてクリープ変形が生じているが、その後は安定した伸縮特性を示した。また LLDPE では、80℃20%RH の場合、初期のクリープ変形が生じた後、クリープ変形が継続し、最終的にコイル状繊維が 200 時間程度で破損した。このことから、LLDPE については 70℃までの熱負図 3 伸縮特性に対する湿度の影響荷であれば長期的な使用が可能であると考えられる。
 なお PA では、70℃と 80℃の場合でクリープ変形に3. 3 コ イル状繊維の熱セット特 性大きな違いは生じなかった。これは PA の融点が高く、

 表 2 に熱セット温度とスナール指数の関係を示す。表

熱セット温度も 180℃であることから、熱負荷に対する2 より、溶融による加工時の糸切れ直前である 140℃の許容度が LLDPE よりも高いためと考えられる。

条件においても熱セットが十分にできていないことがわかる。このことから、連続加工では単糸コイル状繊維の熱セットが非常に難しく、双糸に加工し使用することが望ましいといえる。
表 2 熱セット温度とスナール指数の関係
熱セット温度(℃)

熱セットなしスナール指数





溶融により
糸切れ

4 . 結び図 1 コイル状繊維の耐熱・クリープ特性(LLDPE)(1) LLDPE 及び PA のコイル状繊維を作製し、耐熱・クリープ特性及び湿度の影響について評価を行った。
その結果、LLDPE の場合、70℃までの使用条件であれば、長期使用が可能であることがわかった。また PA は、高湿度の環境においてクリープ特性に大きな違いは生じないが、伸縮量が増加することがわかった。
(2) 単糸の LLDPE のコイル状繊維について連続加工による熱セット特性を評価した。その結果、連続加工
では単糸の熱セットが非常に難しく、双糸に加工し使用することが望ましいことがわかった。

図 2 コイル状繊維の耐熱・クリープ特性(PA)3 . 2 コ イ ル 状 繊 維 に対 する 湿 度 の 影 響

文献

 LLDPE は耐水性に優れているが、PA は水分により

1) 田中利幸, 松浦勇, 佐藤嘉洋, 西村美郎: あいち産業

加水分解が生じることが知られている。そのため PA の科学技術総合センター研究報告, 11, 160(2022)