ヒートセット

ヒートセッティングとは、繊維業界で、通常は蒸気雰囲気または乾熱環境で行われる熱処理を指す用語です。この処理の効果により、繊維、糸、または生地に寸法安定性が与えられ、多くの場合、ボリュームの増加、しわ防止、耐熱性などの他の望ましい特性も得られます。ヒートセッティングは、後続のプロセスの特性を向上させるためにも使用されることがよくあります。

ヒートセットは、望ましくないねじれの傾向を排除することができます。巻き取り、ねじり、織り、タフティング、編みの工程で、ねじれの傾向が強くなると、糸の加工が困難になることがあります。カーペット糸にヒートセットを使用すると、望ましい結果には、ねじれの減少だけでなく、繊維糸の安定化または固定も含まれます。ねじれの安定化とフリーズ効果の安定化は、どちらもヒートセット工程の結果です。ヒートセットは、ステープル糸だけでなく、嵩高連続フィラメント (BCF) 糸にも役立ちます。ヒートセットにより、合成繊維のボリュームも増加することがよく起こります。このボリュームの増加は、一般に「バルク開発」と呼ばれます。温度や水分を使用して、上記のいずれかの属性を織物に付与するすべてのプロセスは、ヒートセットとして知られています。「熱固定」という用語はあまり使用されません。カーペット業界では、このプロセスはもっぱら「ヒートセット」と呼ばれています。

しわの傾向は、紡績糸製造の技術的条件と繊維の物理的特性によるものです。とりわけ、「紡績糸製造の技術的条件」とは、糸の回転モーメントを意味します。撚糸は、ループの形で 2 つの固定点の間に自由に垂れ下がっているときに、常にねじれようとします。このとき、元のねじれの一部が失われ、元のねじれ方向とは反対のねじれ方向の螺旋になります。この反対方向のねじれの発達は、撚糸が平衡に達しようとするときに発生します。

反対方向のねじれは、ミュラーが張力と圧力の図で示した糸のねじれから生じる張力によるものです。糸の繊維束の張力と圧力が増大するため、ねじれに対抗する総張力は、ねじれが増大するにつれて増大します。糸の芯が圧縮応力に耐えられなくなると、ねじれが強くなりすぎて座屈することがあります。糸がカールします。つまり、糸は元のねじれ方向とは反対方向のねじれが糸のトルクと釣り合う平衡状態に到達しようとします。これらのねじれは、負のねじれとも呼ばれます。この平衡状態では、内部のねじれ張力が互いに打ち消されます。糸は常に、糸の不均一性により断面積が小さい場所で座屈します。紡績工程中、この場所ではより多くのねじれが引き起こされるため、内部張力が高まり、最終的に糸の芯が破断します。太い糸は細い糸よりもねじれが少ないですが、内部張力は糸のサイズとは逆に上昇します。細い糸は、蒸し加工によってより弱くなります。蒸し加工のさらなる利点は、カールが軽減され、同時に、撚り加工によって糸に与えられた密接さと伸びの物理的特性が整うことです。

糸の素材の種類によって、まったく異なる挙動が見られます。ウール糸の蒸しについては多くのことが分かっていますが、人工繊維や綿の蒸し挙動についてはさらに研究が必要です。

蒸気が入るとすぐに、糸の加熱と蒸気の凝縮により、糸の水分量が一気に増加します。スピークマンによれば、伸ばされたウール繊維には次の現象が見られます。シスチン側鎖は硫黄橋で加水分解され、シスチンはシステインとまだ分離されていないスルホン酸に溶解します。

塩の解放によって生じた橋でイオン化が見られます。蒸し処理中の繊維の温度上昇により分子の振動が生じ、水素橋が破裂します。残留原子価が解放され、双極子水で飽和できるようになります。その後、水は個々の分子間の潤滑剤のような働きをします。このように、主鎖同士の結合は側鎖によって溶解され、個々のポリペプチド鎖は互いに移動でき、張力は平衡状態になります (図 4 を参照)。糸の蒸し処理を続けると、主鎖の個々の成分間に新しい側鎖が形成されます。最終的に糸が乾燥すると、つまり糸内で水分バランスが取れると、塩が再び解放され、水素橋が形成されます。これで、個々のポリペプチド鎖はもはや互いに移動できなくなり、繊維は以前の密接さを取り戻しますが、内部に顕著な張力はありません。

糸または二重糸の撚りが設定されます。もちろん、蒸気処理によって張力を均一にする際には、繊維の形態構造を考慮する必要があります。ウール繊維は、水素結合を分解する温度とシスチン結合を加水分解する蒸気に非常に素早く達するため、比較的素早い撚りの修正が可能であり、これはオートクレーブで調整された糸の値にほぼ相当します。ただし、Steamatic 蒸気処理の蒸気処理品質は、水分吸収の均一性に関してはるかに優れています。

合成繊維は、結晶性（組織化）ドメインと非晶質（非組織化）ドメインの 2 つの繊維ドメインに分けられます。結晶性ドメインでは、ポリマーの密接した平行線の間に物理的な引力が作用します。繊維軸に対して横方向に作用するこれらの力により、繊維の密接さが生まれます。繊維に張力が加わると、これらの力により繊維が破断するのを防ぎます。

対照的に、アモルファス繊維ドメインは繊維の連結部のような役割を果たし、繊維の曲げ強度を担っています。さらに、アモルファス繊維ドメインは水や染料の侵入を可能にします。

蒸し加工中、繊維の加熱により分子が振動し始めます。加熱の程度と期間によって影響を受ける振動の増加により、繊維内の電気結合力が解消されます。最初は非晶質領域、次に結晶領域、最後にポリマーです。ウールと同様に、紡糸によって生じた張力は解放されます。繊維の乾燥または冷却中に、内部に張力がなく結合力が再構築されます。

合成繊維の問題は、結合力の減少が、比較的高温域にある、いわゆる変形点（固く固まった非晶質繊維領域が粘弾性のある変形しやすい状態に変化し始める点）と歪み点（結晶繊維領域も粘弾性状態に変化する点）の間でのみ起こることです。

これは、合成繊維を混ぜたウールが純粋なウールよりもセットしにくいという事実の説明にもなります。合成繊維のセットは、85 ～ 95 °C を超える温度範囲でのみ可能です。対照的に、純粋なウールはこれらの温度で非常によくセットします。

インラインスチーム処理では、綿は多かれ少なかれ従属的な役割を果たします。繊維内での正確な物理的または化学的プロセスはよくわかっていません。

カットパイルカーペットの品質は、糸の内部張力の減少によって大幅に向上します。この重要な利点は、蒸気処理とヒートセットの効果によって生まれます。

カーペットのスタイルは、ループパイルカーペットとカットパイルカーペットの 2 つの基本的なタイプに分けられます。特にカットパイルとそのバリエーション (ザクセン、シャグ、フリーズ) の場合、熱設定プロセスが最も重要です。

通常、糸を切ると、編み紐やロープの端が切れたときにほつれるのと同じように、端がほつれて、一種のブラシ状になります。カットパイルカーペットでは、このほつれは絶対に避けなければなりません。カットパイルカーペットのほつれた糸端は、見た目が悪く、寿命が短くなり、科学的研究で証明されているように、「歩行者」にとって人間工学的に不利になります。カーペットは弾力性が低く、ヒートセットカーペットほどユーザーの足取りを吸収しません。ヒートセット糸で作られたカーペットは、ユーザーにとってより魅力的で、耐久性があり、快適です。ヒートセットカーペットの付加価値は重要です。通常、ヒートセットカーペットは、業界で「ピンポイントチップ定義」と呼ばれる粒状の構造で識別できます。カットパイル端の外観は、ピンポイントに似ています。

繊維業界では、さまざまな熱セット処理が知られています。ここでは、最も重要なものを紹介します。

最も古いヒートセット法はオートクレーブヒートセットです。ほとんどの場合、これは不連続なプロセスです。オートクレーブ設備では、真空および/または圧力を使用します。繊維材料は、ボビン、かせ、または容器に入れられたままの状態でオートクレーブに持ち込まれます。ほぼすべてのオートクレーブは一定の圧力にさらされるため、通常は円筒形で水平に設置されています。最も一般的なオートクレーブは、シリンダーの端から材料を投入および排出しますが、片方の端から材料を投入し、もう一方の端から材料を排出するものもあります。垂直に設置されたオートクレーブも存在しますが、あまり一般的ではありません。これらは主に、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなどの合成糸に使用されます。

リンク紡績/巻き取りの自動化には、いわゆる「インライン スチーマー」があります。このタイプの最初のプロセスは、Resch の Steamatic プロセスです。この場合、熱セット プロセスはリング紡績機と巻き取り機の間で行われます。リング紡績機の紡績が終了するとすぐに、装填されたボビンがインライン スチーマーに運ばれます。これらのボビンはそこで真空法で蒸され、数秒以内に再び乾燥されます。蒸して乾燥させた後、ボビンは巻き取り機に運ばれ、クロス巻きパッケージに再び巻き取られます。

カーペット業界では現在、パワーヒートセットプロセスとオートクレーブ技術から派生した TVP プロセスという 2 つの連続プロセスが利用されています。

パワーヒートセットプロセス（以前はスーセンプロセスと呼ばれていました）は、1970 年代初頭に開発され、世界初の連続ヒートセットシステムでした。このプロセス自体は、飽和蒸気と圧力ではなく、大気圧での過熱蒸気/空気混合物で動作する初のシステムであったという点で革命的でした。この革新的な技術を使用して、まったく新しいカーペットコレクションが作られました。パワーヒートセットプロセスでは、周囲の大気中に存在する酸素と高温により、糸とフィラメントの表面がわずかに酸化します。この毛細管酸化膜により、カーペット全体の汚れ耐性が向上します。汚れの粒子が繊維に付着しにくくなります。

パワーヒートセット技術に加えて、連続プロセスである SUPERBA TVP3 プロセスがあります。TVP3 プロセスでは、糸がコンベア ベルト上に置かれ、ロックを介して最大 15 メートルの長さの圧力トンネルに挿入されます。トンネル内では、飽和蒸気によるヒートセット プロセスが行われます。トンネルの端で、糸は 2 番目のロックから取り出されます。まだ熱く湿った糸は、ヒートセット後に乾燥および冷却され、巻き取りプロセスに送られます。最大 72 本の糸端を同時に処理できます。

パワーヒートセットプロセスでは、糸は大気圧下のオープンシステムで過熱蒸気を使用してヒートセットされます。ポリアミド 6、ポリアミド 6.6、ポリプロピレン、アクリル、PET、ポリエステル、ウールなど、カーペット業界で通常使用されるすべての材料を処理できます。

未加工の糸は、クリールにパッケージされて供給されます (最大 72 パッケージ)。最大 700 m/分の速度で、糸はパッケージから引き出され、ヒート セット プロセスに入ります。プロセスを通じて糸を輸送する方法は基本的に 2 つあります。1 つは、糸をコイル状または「8 の字」のパターンでベルト上に配置するか、多角形に配置されたロープに巻き付けてプロセスを通じて運ぶ方法です。Frieze 糸では、ベルト コンベアのみが使用されます。Frieze は、特殊なスタッファー ボックス、いわゆる Twinroll-Box (TRB) によって製造されます。ヒート セット プロセスは、蒸気と空気の混合気体で 110 °C から 200 °C の温度で行われます。ヒート セット後、糸は冷却され、ワインダーで再びパッケージに巻き付けられます。一般に、ヒート セット マシンは、それぞれ 8 本のエンド (繊維) を持つ 6 つのラインで構成されています。1 日あたり最大 10.5 トンの生産が可能です。

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