アパレル散歩道

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第34回 : ものつくり原点回帰シリーズ ~繊維 その1~

2022/01/15

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2022.1.15

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  1. はじめに
     衣料品は、繊維原料から始まり、糸、織編、染色、縫製などの加工工程をへて、製品が完成します。 (表1参照) 魅力ある商品を企画開発するためにも、皆様にはアパレルの視点で、これらの製造加工工程を熟知していただきたいと思います。今回からしばらくは、「ものつくり原点回帰シリーズ」として、各製造工程で、「何が長所で何が課題か」をしっかり理解していただくことによって、より良いものつくりができると考えます。
     今回の散歩道では、「繊維の概要」、「合成繊維」と「半合成繊維」を中心に取り上げます。

    表1. 繊維製品の生産の流れ
    生産工程意味
    1繊維(Fiber)糸、生地の最小構成単位で、太さに対して十分に長く、丈夫でたわみやすいもの
    2糸(Yarn)繊維を撚り合わせて作ったもの
    3生地(Fabric)糸を織ったり編んだりしたもの
    4衣料(Clothing Apparel)生地を裁断して縫い合わせたもの

    繊維
    糸
    原反
    衣料

    図1.繊維製品の製造の流れ
    (繊維→糸→生地→衣料)


  2. 繊維と製品
     アパレル製品にかかわる者は、日々、完成品の品質や機能のことを考えていますが、ぜひ繊維に注目してください。例えば、綿スラックスが洗濯で縮みやすいのは、綿繊維が水を吸うと膨潤収縮するからです。このように、繊維の特性が製品に反映されているケースの例を表2に紹介します。

    表2.製品現象と繊維特性について
    製品現象繊維の特性
    ①綿スラックスが洗濯で縮んだ綿繊維は膨潤収縮しやすい
    ②シルクやレーヨンのブラウスが揉みや擦れで白くなるシルクやレーヨンの繊維がフィブリル化して、白く見えやすい
    ③ウール製品を洗ったらフェルト化して、縮んだウール繊維表面のスケール(鱗片)が絡みやすい
    ④綿/アクリル混紡セーターに毛玉が多数発生したアクリル短繊維自体が毛羽立つ
    合繊(アクリル繊維含む)は引張強さが大きく毛玉が脱落しにくい
    ⑤ポリエステルシャツにアイロンがけしたら溶けて破損したポリエステルなど合成繊維は、一定の融点以上の温度で融解する

    このように、繊維の特性は、「繊維から作られた糸」から「織編物」をへて、最終完成品に受け継がれています。このことを事前に理解していれば、品質事故調査や商品開発に役に立つと思います。
    次に、繊維とは何かを、しっかり考えましょう。

      ≪繊維特性と製品特性≫
      衣料品の品質特性は、原料の繊維特性でほぼ決まってしまう。
      これを留意して、ものつくりや表示決定に活用すること。
    1. 繊維とは
      1. 繊維の定義
         JIS規格によれば、「糸、織物などの構成単位で、太さに比べて十分な長さを持つ、細くてたわみやすいもの」とあります。繊維の細さは0.01mmから0.1mm程度と非常に細く、しなやかなものということです。 また繊維には、主に植物や動物の天然素材から得られる「天然繊維」と、比較的近年発明された化学繊維があります。上記2.でも説明しましたが、繊維には各々の特徴があり、長所・短所をしっかりと理解することが大切です。

      2. 繊維の種類
         図2のように、繊維はまず「化学繊維」と「天然繊維」に分類されます。そして、「化学繊維」は、原料や製造方法で、「合成繊維」「半合成繊維」「再生繊維」に分類されます。
        合成繊維は、第二次大戦後に量産されている繊維で、ポリエステルのほかにナイロン、アクリル、ポリウレタンがあります。ポリエステルは、現在世界でも最も多用されている繊維です。
        天然繊維は、原料で、「植物繊維」「動物繊維」「無機繊維」に分類されます。「無機繊維」は、特殊用途に使用され、一般衣料には使用されていません。「植物繊維」、「動物繊維」は、数千年昔から人類の歴史とともに使い続けられた繊維です。

        図2.繊維の分類
        図2. 繊維の分類



        表3.繊維の分類と説明
        大分類中分類説明繊維例
        化学繊維合成繊維原料は石油。化学反応でポリマーチップを作り、これを溶融紡糸する。ポリエステル、ナイロン、アクリル、ポリウレタンなど
        半合成繊維原料は植物(木材)で、溶剤で溶かして繊維化する。合成繊維と天然繊維の中間的な性質を示す。アセテート、トリアセテート
        再生繊維原料は植物(木材)、薬剤で溶解し繊維化する。レーヨン キュプラ リヨセルなど
        天然繊維植物繊維天然植物を原料とした繊維綿や麻など
        動物繊維動物に起因する材料を原料とした繊維毛や絹など
        無機繊維ガラスやカーボンなど無機材料を使用した繊維ガラス繊維やカーボン繊維など

      3. 各種繊維の性質
         各種繊維の一般的な性質を比較すると、表4の通りです。一般に、合成繊維は、強度、洗濯縮み、染色堅ろう性に優れて、耐熱性や吸水性に劣ります。反対に、天然繊維は洗濯縮みや染色堅ろう性が劣っています。
        半合成繊維はその中間的な性質と思われます。いずれにしても、すべてが◎の繊維がないことを理解してください。これらの弱点を補うための方策として各種繊維の混用があります。例えば、洗濯で縮みやすい綿と吸水性のないポリエステルの混紡、混繊などによって、お互いの弱点を補完しています。

        表4.各種繊維の性質の比較
        分類繊維名吸湿強度発色耐熱収縮公定水分率%
        天然繊維 植物繊維 綿  8.5
        12.0
        動物繊維 15.0
        11.0
        化学繊維 再生繊維 レーヨン 11.0
        キュプラ 11.0
        半合成繊維 アセテート  6.5
        トリアセテート  6.5
        合成繊維 ナイロン  4.5
        ポリエステル  0.4
        アクリル、アクリル系注)  2.0
        ポリウレタン  1.0
        無機繊維 ガラス 炭素  0.0
        注)家庭用品品質表示法の指定用語「アクリル系」が「モダクリル」に改正される。(2022.1.1告示)
          詳細は、ニッセンケン品質評価センターにお問い合わせください。


  3. 合成繊維・半合成繊維の外観と特徴
     ここから、合成繊維と半合成繊維のお話をします。
    合成繊維は、石油から作られた高分子チップを溶融紡糸し、繊維状にしたものです。したがって、一般的に合成繊維は耐熱性が低いと考えてよいと思います。また、アセテートやトリアセテートは、半合成繊維と呼ばれ、天然植物原料を薬品処理し、溶融させ繊維状にしたもので、天然繊維と合繊の中間的な性質を有しています。

    図3.主な合成繊維と半合成繊維の外観と性質
    繊維名資料特徴
    ナイロン

    合成繊維の側面
    合成繊維の側面

    合成繊維の断面
    断面


    合繊チップ
    合繊チップ

    溶融紡糸
    溶融紡糸

    • アミド結合で構成される高分子繊維のこと。
    • ナイロン66、ナイロン6などがある。衝撃吸収性に優れ、衣料品だけでなく、登山ザイルやスポーツネットなどにも使われる。
    ポリエステル
    • エステル結合で構成される高分子繊維のこと。
    • 染色で分散染料を使用するレギュラポリエステルとカチオン染料を使用するカチオン可染ポリエステルがある。
    • 世界で最も多用されている繊維である。強度に優れるが、吸水性はほとんどない。
    アクリル
    アクリル系
    • アクリルニトリル系繊維のこと。アクリルニトリル含有量は、アクリル>アクリル系となる。
    • 天然ウールを目標に開発された繊維である。
    アセテート・トリアセテート

    アセテートの側面
    アセテートの側面

    アセテートの断面
    断面

    • セルロース(植物)繊維を酢酸で酢化した繊維。
    • 半合成繊維に分類され、熱で溶融する。
    • 酢化度は、トリアセテート>アセテートとなり、トリアセテートがより合繊に近い物性を示す。


    ~溶融紡糸とは~
    ポリエステルやナイロンなど、合成繊維のもとになるチップを熱で溶融し、微細な穴から押し出して糸を作る方法のこと。このため、合成繊維は一般に熱には弱い性質を示す。 


    ~異形断面繊維とは~
    異形断面繊維合成繊維は、小さな穴から溶けた樹脂を押し出して作られる。この時、紡糸口の穴の形状を三角形、十字形、中空など、特殊な断面形状にすると色々な断面形状の繊維が得られ、特有の性能を有する。(写真参照)
    合成繊維の中空化もこれに該当する。


    ~コンジュゲート繊維とは~
    コンジュゲート繊維コンジュゲートとは「接合」のこと。性質の異なる2種類以上の樹脂を溶融紡糸の際、特殊な口金で複合し紡糸した繊維のこと。性質の異なる繊維が複合化し、外観や性質も特異な繊維ができる。(写真参照)


      ≪合成繊維の開発の歴史≫
      合成繊維の歴史は浅いが、今日我々の生活に不可欠な繊維である。 ナイロン繊維は絹(シルク)の模倣から、ポリエステル繊維は綿(コットン)の模倣から、そしてアクリル繊維は毛(ウール)の模倣から開発された。


      ≪半合成繊維って?≫
      原料は植物原料であるが、酢酸で処理する(酢化)ことで、熱で溶解するなど合繊の性質を示すため、「半合成繊維」と分類される。
      酢化の程度により「アセテート」、「トリアセテート」がある。トリアセテートがアセテートより酢化度が大きく、より合繊に近い性能を示す。


      ≪合成繊維と天然繊維の特性の違い≫
      ざっくり言えば、天然繊維は吸湿性や耐熱性が良好で、逆に強度や収縮が弱い。一方、合成繊維は吸湿や耐熱が劣るが、強度や収縮に優れている。


      ≪混用のメリット≫
      すべての性能項目で、完璧な性質を示す繊維はない。これを改善するため、混紡・混繊・交織など、複数の繊維を混用することで、お互いの弱点を補完している。


  4. アパレル製品と繊維
     アパレル製品の商品企画を進めるにあたり、まず素材開発や素材選定が求められます。この時、開発する商品の用途を確認したうえで、素材の組成を決定する必要があります。これまで説明しました天然繊維、合成繊維などの長所と欠点を踏まえて、用途がスポーツや作業ユニフォーム系ならハードな使用や洗濯頻度を考慮して合成繊維リッチな素材にしたり、婦人服や紳士服などで、着用感や肌触りを重視したいのなら、天然繊維リッチな素材選定になるでしょう。要は、消費者ニーズに合致した繊維選定をすべきと思います。 では、次に各種繊維について、アパレルの立場から、コメントします。

    1. ポリエステル繊維

      図4.各種繊維の変形のしにくさ
      図4.各種繊維の変形のしにくさ

       図4は、各種繊維の変形のしにくさを示した図です。応力-ひずみ曲線(S-Sカーブ)ともいわれ、繊維物性の基本的なグラフです。
      この図では、横軸が伸び率(ひずみ)、縦軸は変形のしにくさ(荷重)を示しています。
      • 亜麻や綿は強度がありますが、曲線が大きく立ち上がって伸びにくいことを示しています。一方絹は伸びも優れているのがわかります。
      • レーヨン、アセテート、毛などは、曲線の傾きが小さく強度が低いですが、綿などに比べたら伸びやすいことがわかります。
      • 合成繊維のポリエステル、ナイロン、アクリルは、伸びも強さも優れていることがわかります。また、ナイロンとポリエステルを比較すると、ポリエステルの傾きが大きく、ナイロンに比べると、伸びも少なく少し風合いが硬めでタフ感があるということがわかります。

       ポリエステルは、1958年に帝人と東レが「テトロン」として生産販売を開始しました。綿との混紡により強度と洗濯寸法安定性が向上して、綿/ポリエステル混紡素材などが幅広く現在も使用されています。当時のポリエステル素材はナイロン素材に比べて,風合いが硬い、伸びが少ないと指摘されていましたが、より細い糸の開発、異形断面糸の開発、仕上げ加工改善などが徐々に実施され、現在のポリエステルは,アパレル製品の主力素材となっています。ポリエステル繊維は、現在世界で最も生産されている繊維で、中国が一番の生産国です。その結果、繊維のコスト低減、糸種の多様性、品質の安定性、染色管理の安定性などもあり、今後ともポリエステルに代わる繊維素材は当面出現しないだろうといわれています。ポリエステルの染色性については、後日、染色の項で紹介します。表5にポリエステル繊維の長所と短所を紹介します。

      表5.ポリエステル繊維の特徴
      長所短所
      • 引張強度は強い。
      • 合繊の中でも耐熱性がある。
        (熱セット性あり)
      • サラッとした風合い。
      • コストが安い。
      • 洗濯で縮みにくい。
      • しわになりにくい。
      • 水を吸わない。(水分率0.4%)
      • 移行昇華しやすい。(染料の問題)
      • 溶剤で色泣きする。(染料の問題)
      • 天然繊維に比べて熱で溶融する。
      • 風合い硬い。

      ~ポリエステルの名前について~
      • ポリ」とは「多い、たくさん集まっている」の意味で、反対語は、ひとつという意味で「モノ」がある。ポリバケツという名称があるように、一般的にもポリマー(高分子)やモノマー(単分子)の単語が多く使用されている。
      • エステル」は「エステル結合」に由来する。酸とアルコールの結合で、ポリエステル繊維では、テレフタル酸とエチレングリコールの結合となる。
      • ポリエステルは、物質名でポリエチレンテレフタレート(PET)とも呼ばれ、エステル結合が多く繫がっている繊維である。
      • ペットボトルから、ポリエステル繊維がリサイクル生産されている。
      • 合成繊維の多くは、熱で溶ける性質を利用して溶融紡糸される。ということは、縫製工場や家庭での高温アイロン処理は注意を要することになる。
      • ポリエステル繊維は、世界で最も生産されている繊維です。


    2. ナイロン繊維
       ナイロン繊維は、太平洋戦争前に「絹(シルク)」を目標にして米国で開発された繊維です。戦争前、日本は世界でも有数の絹の輸出国でしたが、戦争前の日米対立により米国への輸出が減りました。当時、絹はパラシュート用にも使用される軍需品でもありました。その経緯で米国デュポン社がポリアミド繊維(商標ナイロン)を開発したもので、戦後民生用に生産拡大されました。「石炭と水と空気から作られ,鋼鉄よりも強く、クモの糸より細い」をキャッチフレーズに登場したナイロンは、強伸度や染色性に優れ、スポーツ用途でも、ナイロントリコット水着、ナイロンスキーウエアや登山ジャケット、野球グランドコートなど、また婦人パンストなどをはじめ多くの用途に使用され、今日に至っています。また、登山用ザイルやスポーツ競技用ネットなどにも使用されています。
       現在では、ポリエステルに少なからず置き換えられ使用比率は減っていますが、ポリエステルに比べて衝撃吸収性が良いこと、伸縮性が良いこと、吸湿性が良いこと、風合いが良好であることから、依然として多用途に使用されています。表6にナイロン繊維の長所と短所を紹介します。

      表6.ナイロン繊維の特徴
      長所短所
      • 絹に似た肌触りや風合い
      • 強度が強い、高弾性
      • 耐摩耗に優れる
      • 若干の吸水性(4%)
      • ヌメっとした風合い
      • 色は黄変しやすい
      • 耐熱性に劣る。
        (熱セット性良くない)
      • 水系の堅牢性に劣る

      ~ナイロンの名前について~
      ナイロン(nylon)の名称は、デュポン社の商標だが、一説によると「伝線(run)しないパンティストッキング用の繊維」を意図した「norun」に由来するともいわれる。種類には、ナイロン6ナイロン66ナイロンなどがあるが、これらの数字は、合成原料の炭素原子の数に由来する。


    3. アクリル繊維について
       羊毛を目標に開発された合成繊維です。石油から製造されたアクリロニトリルCH2=CHCNで構成された合成繊維です。高分子の中のアクリルニトリルの含有量が重量で40%以上50%以下のものをアクリル系繊維とよび、アクリロニトリルのそれ以上の含有量のアクリル繊維と区別されています。前者にはカネカロン、後者はにカシミロン、ボンネル、エクスランなどの商品があります。主に、セーター用途、カーペットなどに使用されています。アクリロニトリルを特殊な高温処理すると主鎖の炭素だけが残った炭素繊維(カーボンファイバー)になります。一般にアクリル繊維はカチオン染料で染色され、高堅ろう度と鮮明色が特徴です。表7にアクリル繊維の長所と短所を紹介します。

      表7.アクリル繊維の特徴
      長所短所
      • 軽くて柔らかい
      • 羊毛に似て保温性あり
      • 染色性が優れ鮮明色がでやすい
      • セーターなどでピリングなどが発生しやすい


    4. ポリウレタン繊維について
       ポリウレタン(PU)とは、ウレタン結合を有するポリマーの総称です。この樹脂を繊維状にしたものがポリウレタン繊維です。伸縮性が600%もあるのが特徴ですが、強度が弱く他の繊維と混用されて使用されています。
      身体にフィットするアンダーシャツやスポーツウエア、水着などに幅広く使用されています。ポリウレタンの名前は、ウレタン結合が並んでいるところから命名されています。図5のように、原料のイソシアネートとアルコールとの化学反応でウレタン結合が形成されます。RやR’のアルキル基の構造によって、エーテル系やエステル系に分類されますが、一般にエステル系は加水分解して脆化しやすいといわれています。

      イソシアネート    アルコール

      ポリウレタン(ウレタン結合)

      図5.ポリウレタン繊維の化学反応


      ポリエステル繊維 ポリウレタン

      図6.ポリエステルトリコットに
      交編されたポリウレタン繊維



      表8.ポリウレタン繊維の特徴
      長所短所
      • 自長の6〜7倍伸びる
      • 回復性に優れる
      • 黄変しやすい
      • 塩素により、劣化し易い
      • 経時的に劣化する
      • 耐熱性に劣る
        ≪ポリウレタンの経時劣化≫
        ポリウレタン繊維は、伸縮性に優れた繊維であるが、紫外線、塩素、湿気、熱など、数々の要因で加水分解して劣化することが知られている。ポリウレタン繊維は、俗にナマ物的な繊維と理解してほしい。これらに配慮して、消費者に情報提供する必要がある。



(参考文献)
1)石川欣造編:被服材料実験書、同文書院 一部改変

(次回のアパレル散歩道)

コラム : アパレル散歩道35
~魅力ある商品を開発するために~
テーマ : ものつくり原点回帰シリーズ ~繊維 その2~


発行元
一般財団法人ニッセンケン品質評価センター 事業推進室 マーケティンググループ
E-mail: pr-contact@nissenken.or.jp URL:https://nissenken.or.jp

※当コラムの内容、テキスト等の無断転載・無断使用を固く禁じます。

Profile : 清嶋 展弘 (きよしま のぶひろ)

清嶋 展弘 (きよしま のぶひろ)

43年間株式会社デサントに勤務し、各種スポーツウェアの企画開発、機能性評価、品質基準作成、品質管理などを担当。退職後は、技術士(繊維)事務所を開業。趣味は27年間続けているマラソンで、これまで296回の大会に参加。



社外経歴
日本繊維技術士センター理事 技術士(繊維)
文部科学省大学間連携共同教育事業評価委員
日本衣料管理協会理事 TES会西日本支部代表幹事
(一財)日本繊維製品消費科学会 元副会長

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