高圧蒸気延伸（イメージ）

開発のきっかけ

高強度ポリプロピレン（ＰＰ）繊維「シムテックス」の開発が進んだのは、1996年に研究所でより細く強い繊維を実現するために、新たな製造プロセスを検討したのがきっかけでした。合成繊維を強くしたり、細くしたりするには、熱を与えて高倍率で引っ張る（延伸）必要があります。当時は熱水や常圧の蒸気などの熱を利用するのが一般的でしたが、高倍率延伸のために温度を上げると温度にムラが生じて、強度ＵＰには限界がありました。様々な方法を模索していたある日、当社の研究者は、FRP製品の製造に用いていた「高圧蒸気硬化槽」に着目します。高圧蒸気（飽和蒸気）は温度と圧力の関係が一定で、圧力を一定に保つことで、潜熱による素早い加熱と過昇温が防止できるという特長があり、これを応用して温度ムラを解消することを思いついたのです。

シムテックス偏光顕微鏡写真（上）従来PP繊維偏光顕微鏡写真（下）

開発の経緯

この高圧蒸気硬化槽を用いて150℃の高圧蒸気で高倍率延伸した繊維は、従来のPP繊維の常識を打ち破る2倍の強度、3倍の弾性率を実現し、延伸した繊維を偏光顕微鏡で観察すると、青みがかった縦縞と白色の横縞模様が見られました。当時研究者の間で「竹の節繊維」と呼んでいたこの奇妙な繊維は、繊維構造の配向結晶化を示すもので、後に高強度化されたPP繊維の特徴であることがわかりました。

シムテックス（複合繊維）断面写真

量産技術の開発

問題は量産化です。当然ながら、市販されている高圧蒸気延伸装置などはありませんので、自社で独自に設計するしかありません。延伸後の合成繊維は断面積が小さくなるため、その断面積の変化にあわせて延伸装置に繊維の束を通す穴の大きさを調整しつつ、高圧蒸気を閉じ込めなければならず、試作機からのスケールアップは試行錯誤の連続でした。高温延伸に適した原料設計の見直しや、紡糸冷却方法の最適化まで行い、数十万本の繊維の束を効率良くまとめて延伸できる量産装置の開発にようやく目処を付けることができたのです。また、量産化と並行して市場開発も進めました。その結果、高強度・高弾性率が活かせる用途として、二次電池材料としての採用に結びつき、「シムテックス」のPP単一繊維1.3dTexグレードを上市することができました。その後、熱接着性機能を持つ鞘芯構造の複合繊維グレードを上市、さらに細い0.4dTexグレードを開発して現在に至ります。

紡糸した繊維

強く、細く、もっと細く「エアリモ」

他社との差別化を図るためのキーワードとして、「強く、細く、機能付与」を掲げ、「強く」「細く」を実現した高強度PP繊維「シムテックス」は上市に至りました。さらに「機能付与」、そして「もっと細く」を実現しつつあるのが「エアリモ」と言えます。昨今の製品は、軽量化や薄型化が要求されつつ、加えて高性能化も求められています。不織布もまた同様で、その実現に必要な繊維機能は、さらに細い繊維で、かつ不織布の強度を高めるため必要な鞘芯構造を有する熱接着性複合繊維が高機能化につながると考えました。当社では、世の中にない繊維を開発するため2015年に先端繊維研究所を設立、「エアリモ」の開発を始めました。

エアリモの不織布の重さは１平方メートルで１円玉３枚分

「エアリモ」の可能性

「シムテックス」の開発は、当社が培ってきた繊維技術に、高圧蒸気延伸技術を加えることで完成しました。「エアリモ」は、紡糸ノズル設計、最適な原料設計などを大幅に変更し、従来の技術では達成困難と思われた当社汎用繊維の製品繊度2.2dTexより遙かに細い、1dTex以下の細い未延伸糸を紡糸可能としたことで開発が加速しました。最大の課題は生産性とコストです。
繊度は、単位長さ当たりの繊維一本の重さで表されるため、2.2dTexなら1万mの重さが2.2g、0.2dTexなら重さが0.2gとなり、同じ製造方法では、重量の面から見ると、生産性は11分の１となってしまいます。しかし、同じ重さの不織布の場合、繊維本数は11倍と緻密化が可能、同じ繊維本数の不織布なら11分の１の軽さとなり、不織布の薄膜化が可能になります。「エアリモ」は、不織布の高機能化に欠かせない次世代繊維材料として、生産性向上によるコストダウンとさらなる細繊度化を目指して社会に貢献していきます。
これからも宇部エクシモは化学繊維製品の用途開発を拡大すべく、研究開発を進めていきます。