研究論文

新素材の織物・ニット製造工程における物性の経時変化の解析
大 野博 ＊１、 柴 田 善 孝 ＊２

Analysis of a Changes with Time of the Physical Properties
in the Fabrics Manufacturing of a New Material
Hiroshi OHNO and Yoshitaka SHIBATA
Department of Industry and Labor*1 Owari Textile Research Center,AITEC*2

本研究では、環境に優しい新触感素材織物の開発を目指し、エコロジー素材としてのポリ乳酸糸に焦点をあて、種々の実験を行い、従来糸とは大きく異なるその糸物性と経時変化との関係を解析して、織物・ニットの製造工程における留意点について検討した。その結果、ポリ乳酸糸のクリープ破断に至る過程及び因果関係を明らかにでき、クリープ破断等の経時変化が起きにくい糸構造、製織条件、張力設定を見出すことができた。この成果を踏まえ、環境に優しい新触感素材織物としてポリ乳酸糸を中心とした夏用シャツ地織物の試作開発を行い、実用性能の向上を図ることができた。
①撚糸実験（条件設定）

１．はじめに多彩な新素材の活用や織物の高機能化により、海外製撚

糸：ポリ乳酸糸72dT、72dT×72dT、144dT、144dT×144dT、144dT×144dT×144dT品と棲み分けのできる製品開発が一層求められる中、各繊維素材メーカでは、環境や健康をキーワードに持続可撚糸張力：2ｃＮ〜20ｃＮ

能な循環型社会への実現に対応したエコロジー素材や新撚

数：Ｓ及びＺ撚

200回/m、400回/m、600回/m、800回/m

しい感覚の糸素材を次々に登場させ始めている。
県内繊維産地においても、今後、撚糸・製織技術の複②製織実験（条件設定）

合化・高度化と併せて、こうした新しい糸素材への的確

経 密 度：一定（47 本／ inch）な対応と、従来にない新商品開発がますます求められる

緯 密 度：ブリアリーの理論密度×０．７〜０．９

ようになるものと予想される。

組

織：変化斜紋、平織

特に、環境負荷軽減のエコロジー素材として、商業量

経糸：ポリ乳酸糸288dT産化が進展しつつあるポリ乳酸糸は、新世代の素材とし

緯糸：ポリ乳酸糸288dT、梳毛糸2/60、ポリ乳酸て注目され、資材分野から衣料分野等へ活用範囲が広がＷカバー梳毛糸1/31相当、レーヨンＷカバーってきている。当センターへの技術相談等においても、

ポリ乳酸糸1/32相当、ポリ乳酸Ｗカバー綿糸

そのデリケートな糸特性と経時変化に関する事例が増え

1/36相当、綿糸40/1、抄繊糸1/34③強伸度：JISL1013（糸）、JIS1096（織物）てきている。
そこで本研究では、環境に優しい新触感織物の開発を形（引っ張り、結節）目指し、このエコロジー素材としてのポリ乳酸糸に焦点④経糸抱合力：抱合力試験機（蛭田理研㈱製）をあて、従来糸とは大きく異なる糸物性とその経時変化

定速伸長

80rpm荷重60cN（ﾌｨﾗﾒﾝﾄ試験法）との関係について解析し、織物・ニットの製造工程にお⑤赤外分光：FTIR‑8300（島津製作所製）

ける留意点について検討してみることとした。

⑥示差熱分析：DSC−60（島津製作所製）⑦糸張力：3点式張力測定機（ｴｲｺｰ測器製）

２．実験方法糸物性の経時変化について実体及び電子顕微鏡観察を⑧クリープ：JISL1017（クリープ率）JISK7115（クリー行うとともに、ポリ乳酸糸を経糸にして、種々の緯糸をプ回復、クリープひずみ、クリープ破壊時間）打ち込んだ織物を試織し、糸物性変化とクリープ破断と⑨曲げ・せん断試験：KES‑FB(ｶﾄｰﾃｯｸ製)の関係について、以下の実験を実施し検討した。

⑩しわ回復率：JISL1059（ｻﾝﾚｲ法）⑪洗濯試験:JISL1096 103法、G法（洗濯寸法変化率）*

1産業労働部

新 産業振 興課

繊維 生活 産業室*

2 尾張繊維技術センター

開発技術室

⑫染色堅牢度：JISL0842（耐光）、0844（洗濯）、0848（汗）、0849（摩擦）３．実験結果及び考察
3.1

ク

100 %

リ90｜8070プ

クリープ特性

繊維は粘弾性特性を有し、常温でもいくらかのクリー（１）〜（６）6030cN40。

断新しい糸素材のクリープ特性を比較すると（図１）、率20

ポリ乳酸糸はＰＴＴ（ﾎﾟﾘﾄﾘﾒﾁﾚﾝﾃﾚﾌﾀﾚｰﾄ）糸のような伸％10プ（時間に依存するひずみ）現象を示す

45cN

50

破300

縮糸よりもクリープ回復が悪く、大きな塑性変形を生じ

05

図３ることが分かる。

101525 日数20

ポリ乳酸糸の経糸張力とクリープ破断率

実験試料のポリ乳酸糸は、ＤＳＣ（示差熱分析）から（図２）、融点１６６℃であり、ヒートセットなど１５800０℃以上の取り扱いは不可であることが理解できる。ま700

た、ガラス転移点６０〜６５℃であり、撚セットやアイ張ロン等は低温で可能となり、省エネ型の糸とも考えられ力る。ただし、織物の経糸等に使用すると常温でのクリーｃＮｃＮ

144dT×144ｄＴ
144ｄＴ

600500400300200

プにより、張力によっては数日で破断してしまう可能性100のある糸であることが分かった（図３）。

01ポリ乳酸糸のクリープの張力と時間との関係をまとめ

101001000

１時間

１日10000100000

１０日1000000分

１００日

ると次のようになる。（図４）
このことから、織物・ニットの製造工程において、張図４

ポリ乳酸糸の張力とクリープ破断時間との関係力管理は特に重要なポイントであることが分かる。経糸ビームなど張力下で長時間保存は糸切れの危険があり、糸巻等では、強伸度の５％以下の張力管理が望ましいことになる。張力と温湿度の違いによる強伸度の経時変化

800について次に示す（図５，６）。

700

製織

600

Ｃｒ（クリープ率）＝%
1816

Ｌ： 原糸長クリープ率

14クリープ回復（除重）後12Ｌ２−Ｌ×１００ＬＬ２：加重後の糸長（１時間後）

10※クリープ8現象と時間に依存するひずみ

6JIS：荷重が作用している間の全ひずみをクリープひずみ（率）と規定

42

糸巻４月後から恒温恒湿
糸巻機上セットｃＮ 300

機上４月後から２８ｃＮ
機上４月後から２６ｃＮ

200

機上４月後から２４ｃＮ
機上４月後から２２ｃＮ

1000

撚糸直後

図５４月後

８月後

ポリ乳酸糸のクリープによる強度変化

糸アク
リ
ル

空繊
維抄
繊
糸中PT
T

ポ
リ
乳酸
糸0（工場内）強度 400
500

4540

図１

ポリ乳酸糸のクリープ特性

3530

伸 25
20
度 15％％10
5製織
糸巻４月後から恒温恒湿
糸巻機上セット
機上４月後から２８ｃＮ
機上４月後から２６ｃＮ
機上４月後から２４ｃＮ
機上４月後から２２ｃＮ

0

撚糸直後

図６

図２

ポリ乳酸糸の熱分析データ解析

４月後

８月後

ポリ乳酸糸のクリープによる伸度変化

ポリ乳酸糸は、温湿度によってゆるやかな加水分解が生じることが知られており（１）〜（７）の破断面（フィブリル化）と比べ、クリープ後の破断面、図５，６からは、繊維そのものが研ぎ澄まされた棒状となり、竹のよ糸巻状でも工場内のような温湿度の変化の激しいところうにポキッと折れていることが分かり、固くて脆い結晶

では強伸度が緩やかに減少する。糸は密封して恒温恒湿構造に変化していることが明らかとなった。の変化の少ない環境で保存・管理するのが望ましいと考

0.18

えられる。各工程における作業では、塑性変形による不0.16

可逆的な歪みが積算されてクリープ破断に至ってしまう

0.14

ため、できるだけ低張力で短期間に取り扱う配慮が必要（gf.cm２/cm） 0.12

曲げ剛性（50本/10cm）
曲げヒステリシス

Ｂ0.1である。

２ＨＢ

ポリ乳酸糸のクリープ破断について解析すると、クリ（gf.cm/cm）

0.08
0.06

ープ破断前後のＩＲ（赤外吸収スペクトル）測定（図７）0.04から、ピーク変化が見られず、酸化・還元等の化学構造0.02変化でないことが確認できる。

曲げ剛性（50本/10cm）
曲げヒステリシス

0撚糸後クリープ６月後

また、強伸度（示差熱分析）及びＤＳＣ測定（図８）から、クリープによる粘性流動と配向結晶化で結晶構造

図９

ポリ乳酸糸のクリープと曲げ特性の変化が起きると推定され、不安定な非晶領域が少なくなって、脆くなっていくと推察される。

0.18

1

クリープ前後の糸の曲げ特性を比較すると（図９）、

0.16

織機上の経糸のクリープ６ヶ月後には、元の２倍の曲げ

0.14

曲げヒステリシス（gf･cm/cm）剛性になることが分かる。クリープした糸を用いれば、

0.12

曲げ剛性(経)（gf･cm/cm）

複合する繊維によって、影響が緩和されるものの織物の曲げ剛性、せん断剛性にも反映され硬くなることになる（図10）。
電子顕微鏡で確認すると（図11）、通常の強伸度試験で0.1

せん断ヒステリシス（gf/cm）

0.7

せん断剛性(経)（gf/cm･degree）

0.50.08

0.4
0.30.04

0.20.02
0ＣＨ３ＣＨＯＣＯＯ ｎ0.8

0.60.06

実際に、クリープ破断によるポリ乳酸糸の繊維形状をO-H0.9図100.1
曲げヒステ
曲げ剛性

生機

機上６月後

0

生機

機上６月後

ポリ乳酸糸使いの織物の曲げ及びせん断特性−糸巻−クリープ破断前−クリープ破断後

×１５００
C=OCＨ３C-O

クリープ破断後クリープ破断前×１０００

強伸度測定時破断
図７

ポリ乳酸糸のクリープ破断前後のＩＲ

×２０００

クリープ測定時破断
図11

ポリ乳酸糸のクリープ破断の電子顕微鏡写真

以上のことから、ポリ乳酸糸のクリープ破断に至る過程及び因果関係を見出したので、次に、この糸の取り扱い条件について検討してみることとした。さわやかな触クリープ破断強伸度 548cＮ 34%

図８*

293cN 10%

ポリ乳酸糸のクリープ破断前後のＤＳＣ

1産業労働部

新 産業振 興課

繊維 生活 産業室

感と耐用年数の関係から、春夏用シャツ地として考慮す
ると、細い加工糸を用いた撚糸条件では（図12）、フィ*

2 尾張繊維技術センター

開発技術室

ラメントが収束し抱合力が高くなるＳ 400t/m あたりが取り扱いやすいと推測された。

以上の結果を踏まえ、産地企業の研究会（ＦＤＣプランナー協議会（座長青井大善氏））において、環境に優しい夏用イベントシャツ地の試作開発が実施された。
700

実用消費性能としては、洗濯３０回後の寸法変化率−３50
72dT×72dT（S）強度
72dT×72dT（Z）強度
72dT×72dT（S）抱合力

600

72dT×72dT（S）結節強度
72dT×72dT（Z）結節強度
72dT×72dT（Z）抱合力

4540500

353040025強度 300
ｃＮ20切断までの回数15200%以内、サンレイ法を用いた防しわ率では 96%以上、３０回洗濯後でも 110 ℃低温アイロン 20 秒ででしわが回復し、色落ち等の染色堅牢度では、すべての項目で 4-5級以上の優秀な結果となった。
七夕用イベントシャツ地

ＦＤＣプランナー協議会

10100

500200t/m400t/m

図12600t/m800t/m

ポリ乳酸糸の最適撚糸条件

また、曲げ剛性が比較的高く、クリープによる伸度低下が予想されることから、ウールや綿のような伸度のある紡績糸との複合化が望ましいといえる。（図13）強度ｃＮ（経１本）
伸度％（経〃）
洗濯10回変化（経）cN

800
700-0.8％600
500-2.7％

強度ｃＮ（緯〃）伸度％（緯〃）
洗濯１０回変化（緯）

-1.4％

-2.1％
-3.4％

-1.4％
-3.4％

400
300
200
1000-7.1％

60AdTｰﾙPL2/88ｰｳルﾊﾞｰ
ﾊﾞＡ2ーWｶWｶＰＬ
ウﾝA
ﾖPL
ﾚｰAA/2
ﾞｰ綿 ﾙ PL
PL40
綿ｶﾊ
綿ｳｰAW
PL％

1009080706050403020100図15ポリ乳酸糸使いの夏用シャツ地

４．結び
成果をまとめると次の通りである。
（１）従来糸とは糸物性が大きく異なるポリ乳酸糸について、製織上問題となるクリープ現象等の経時変化について実験し、糸のクリープ破断に至る過程及びその因果緯糸関係を明らかにした。
（２）撚糸・製織時張力と経時変化との関係解析からク

図13

ポリ乳酸糸との複合織物（６ヶ月後）の物性

リープ破断等の経時変化が起きにくい糸構造、製織条件、張力設定を見出した。

クリープと加水分解の影響を極力避けるためには、糸（３）上述の成果を反映させ、環境に優しい新触感素材の製造月日の新しい新鮮な糸を選ぶことと熱セット温度

織物としてポリ乳酸糸を中心とした夏用シャツ地織物の( 8) に注意することが重要で、先染め糸か、早めの染色試作開発を行い、実用性能の向上が図られた。

仕上を 110 ℃以下で行うことにより、熱処理効果（アニ文献ーリング）を生かし（ 図14）、安定した強度と高い伸度

１ ） Y.E.EI.Mogahzy,W.S.Perkins;Text.Res.J.,62,317-324を得るよう留意する必要がある。

('92)
２） 河原

強度

元糸
染糸

熱処理効果

強度（ｃＮ）

伸度
（％）

抱合力

ポリ乳酸糸
65dＴ×65dT
S400t/m

３７７

２８．６

３８
ワックス５７

糸染め後

４１２４３．９

織物整理後

４０７

４６．４

豊，中島茂；繊学誌，48，Ｔ 671 〜 676(1992)．
３） 古江治美；高分子，35，Ｔ 654 〜 657(1986)

４） クラレ；プラスターチ技術資料
５００５） 浅井他；繊維連合研究発表会要旨集，24(2002)
６） 龍嶋他；繊維連合研究発表会要旨集，55(2002)
７） 胡他；高分子論文集,51，486 〜 492(1994)

伸度８） 天野他；繊維連合研究発表会要旨集，103(2002)
図14

ポリ乳酸糸の熱処理効果