松 下 為 隆 〔研究紀要 第15巻〕 93
各種綿のふとん綿としての性能に関する研究
第1報 圧縮特性 に つ い て
松 下 為 隆
On the Characteristics of Various Fiber Mass as used Mattress. Part 1 On the Compressional Elastic Hysteresis.
Tametaka Matsushita 1 緒 言 ふとん綿など 繊維塊として使用されるものには,従来の木綿の他に化学繊維の綿の進出が著し い｡更にフォームラバー,ポリウレタンフォーム等も用いられている｡ふとん綿としての主用途は, 敷ふとんと掛けふとんであるが,天然繊維の木綿と化学繊維綿との性能を消費科学的立場より比較研 究した｡今回は,圧縮変形とその回復についてのべる｡ 圧縮特性については,羊毛塊についてはEgyert(の戟告,カポックについてはRees(2)の戟告 があるが,測定法は研究者により異なり確立された測定法がない｡滝川昌彦等(3)寺崎秀雄等(4)の 報告は測定法についての研究も含まれている｡ 2 実 験 方 法 (1)試 料 試 料 名 及 び 処 理 法 木綿わた レ-ヨン ス.フ. アロン ス.フ. テトロン ス.フ. エチレン尿素加工レーヨン ス.フ. ､j メチル化メチロールメrラミ ン加工レーヨン ス.フ. ジメチロール尿素加工レ-ヨン ス. フ. (カクイ綿1号市販品) (三菱レーヨン カールダル 5d 3〝) (東邦レーヨン 4.5d) (東洋レ-ヨン 市販品) 三菱レ-ヨン カールダル 5d 3〝＼ Sumitex Resin 901処理 三菱レ-ヨン カールダル 5d Sumitex Resin M-3 処理 三菱レーヨン カールダル 5d 自製 処理 (2)圧縮シート作成 試料のうちレーヨンス,フ,及びアロンス,フ,は前もってハンドカードにて開綿しておいてから 用いた｡各試料共絶乾換算にて4.00｣を秤り,直径6cmの円筒に層状に積み重ねて円柱状シ-卜香作
成し,これを測定樺に移し, 35oC 65%R.H又は35oC 80%R.Hの恒温恒温容器中に24h(5)以上 放置後測定に用いた｡各測定値は3個の測定値の平均値である｡第1-13表に示すごとく各試料共初 高(29 cm*の加圧時)は8-lie雅の高さとなり,ふとんの厚さに略等しく,且つ円柱状シートの試 料別シートの初高は驚く程よく一致した｡寺崎秀雄等(4)は試料の厚さ,圧縮率,サンプル量等にお ける変動率を夫々3.71%, 0.93%, 5.27%と報告しているが,本実験においては,厚さ,圧縮率の変 動率は,夫々2%, 0.9%であった｡ 刷 樹脂加工 繊維としては,三菱レーヨン製レーヨンス,フ5d.3〟を用いた｡樹脂は住友化学製のエチレン尿素 樹脂Sumitex Resin 901,メチル化メチロールメラミン樹脂Sumitex Resin M-3.及び自製のジメ チロール尿素樹脂を用いた｡触媒は Sumitex Accelerater ACXを用いた｡以上3種の樹脂の6% 液(5)中に触媒を対樹脂3%を加え,浴比40,浸積時間10m,浸横温度25oCにてレーヨンス,フを浸 横,絞り率80%に絞り3000PPMにて5分間脱水し,.手にて解綿後60-C 20mの予備乾燥を行い,更に 120-130-C 20mのキュアリングを行った｡ (4)測定状態及び装置 35oC 65%R.H 35-C 80%R.H 29/ォ2 荷重 1009 cm*荷重 8h l m 測定周容器としては, ふとん使用直後の状態に相当 ふとん使用中の状態に相当 ふとんをたたんで保管中の最大荷重に相当 ふとんの上に坐った状態の圧力に相当 ふとんの使用時間に相当 ふとんの使用開始直後に相当 第1図の如き樺詰周3号躍, 4号樺を,圧縮棒としては直径6DVIMのブリキ製 円柱筒を用い 2 9Ic%^及び1009 cm<の圧力になるように鉛錘を加えた｡ 各研究者が最も多く使用し ているインスト試験機は,刺 定条件を正確に広範囲に変え られるので最適の ものであ る｡しかしP.C. de Ma Carty, J.H. Dusenbury(6) 等の装置によれば圧縮板外に はみ出した加圧されない繊維 塊部分の影響を無祝し得ない _ _ J s ^ 5 2 ! 相 川 ^ K O 転 ぎー 芦 8 o J
Fig. 1 Comression Cell
ので,補正を加えている｡ S.
M.Fok (7)等はde Ma Cartyの方法を改良して円筒型圧縮筒中に繊維を詰めて測定しているが,こ の場合にも加圧きれない部分の影響はやはり残っており,反って圧縮率を大きくすると,簡壁と繊維
松 下 為 隆 〔研究紀要 第15巻〕 95 との摩擦が新たに加わるのでこれも根本的改良とはいえない｡滝川昌彦,川村一夫(3-は,インスト ロン周圧縮測定装置の圧縮セルに改良を加え,加圧されない部分の影響を無くしている｡著者は, Rees(2)の指摘するように容器壁,繊維,圧縮棒との間の摩擦が避けられないところから本研究にお いては,容器壁と繊維シートとの間を離して実験を行った｡従って圧縮シートを加圧した場合の横方 向のはみ出し部分は容器壁には接触しない｡このことは竹内はる子(8)も横方向へのはみ出しは小さ いと指摘している｡ (5)実験条件 圧縮シート作成後5日以上経過してから権に移し 35oC65%R.H 又は35-C 80%R.Hの状態に 24h以上放置して歪を緩和安定させる｡ 圧縮方式 最初2 9/cm2荷重時の高さをHi 次に1009/cm2荷重時の高さをHc 除重と同時に2 9/cm2の初荷重に戻した時の高さをHr 更に2 9/cm2の荷重のまま1 h放置した時の高さをHs とす｡ 圧縮面積･･-- 5cm2 3 実 験 結 果 35oC 65%R.Hにおける実験結果を第1-7表に示す｡ 第1表 綿 第3表 アロンス.フ. 第2表 レーヨン 第4表 テトロン m m 1 5 & x i 1 8 孤 孤 9 9 0 0 1 1 9 9 0 0 r : i t H 9 8 1 1 6 1 8 8 孤 So oo
第5表 エチレン尿素加工 レーヨンス.フ. 第7表 ジメチロール尿素加工 レーヨンス.フ. H i H C H r H s -1 m 110m m l 32m m 101m m101 一幸 5 m 110 1 31 1 h 111 30 93 95 8 h 111 24 66 66 第6表 メチル化メテロ-ルメラミン 加工レ-ヨンス.フ. 35oC 80%R.Hにおける実験結果を第8-12表に示す｡ 第8表 綿 H i H C H r H S 1 m , 78 m m 2 3m m 7 5m m 76 m m 5 m 77 2 2 6 8 6 9 1 h 77 19 5 3 5 8 8 h 77 18 4 6 ■ 4 7 第10表 テトロンス.フ. 第9表 アロンス.フ. 第11表 エチレン尿素樹脂加工 レーヨンス.フ.
松 下 為 隆 〔研究紀要 第15巻〕 97 第12表 メチル化メチロールメラミ ン樹脂加工レーヨンス.フ. 第13表 ジメチロール尿素樹脂 加工レーヨンス.フ. テトロン綿は1009/cm*の負荷重と同時に,へしゃげてしまいいわゆる腰のない性質を示すので, 35oC 65R.H荷重109/cm2, 259/cm2, 509/cm2,荷重時間1 hにおいて実験を行い,第13表の結果 を得た｡ 第14表 テトロン綿 荷重1時間 初高Hiが異るので 以上の結果を比較するため A--･･圧縮歪率(1009/cm2圧縮時の歪率) - (Hi-He)/Hix100% B一 残留盃率(弾性回復直後の29/cm2における盃率) - (Hi-Hr)/HixlO0% c 永久歪率(弾性余効回復lh後の29/cm2における歪率) - (Hi-Hs)/Hix100% として第1-13表より計算して第15表,第16表の結果を得た. 第15表 35oC65%R.Hにおける圧縮,残留,永久歪率 圧 縮 時 間 J3 ､ ､ にコ ゝM4.7I? , 3 ､ ロー ゝ ｢ ≡ 縮 時 間 試 料 番 Ta i 歪 分 類 l m 5 m l h 8 h 試 料 # 8 ; 歪 分 類 1 m 5 m 1 h ー 8 h 吊 6 6 .3 .2 .…% 7 …■……0/0 7 3 .6 % 16 .3 1 3 .8 7 6 .3 % 3 0 .0 2 5 .0 A 5 B C 73 .4 % 12 .8 12 .8 言……1 %78 7 6 .4 %2 0 .91 8 .2 7 7 .3 %4 7 .34 2 .7 A 7 9 .8 8 0 .9 8 3 .3 8 3 .5 A 7 0 .9 7 1 .8 7 3 .0 7 8ー●4 B 2 2 .0 2 3 .6 2 0 .0 2 1 .8 3 8 .9 6 2 .4 3 6 .1 5 9 .6 B C 8 ●2 7 ●3 9 ⊥2 8 .2 16 .2 14 .4 4 0 .5 4 0 .5
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第16表 35oC80%R.Hにおける圧縮,残留,永久歪率 試料番号恒 類 h m 圧1 5慧 芦 h 芋 8 h l 庄▼ m 時 間 一､､ ロ 試料番号 歪分類 l m 5 m 1 h ` 8 h 1 ■芸 7…..…% ….7 75.31.…0/0 三6.6%0.3 3.8 2.6 11.710.4 31.224.7 40.339.0 5 L 重i 言6.4%0.99.1 17.376.4%20 .0 2….:…27 0/0 …:9…0%91
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A 8 1 .3 8 2 .6 8 3 .3 8 5 . 3 6 9 . 7 7 2 .2 7 5 .0 7 8 .9 4 B 2 0 .6 2 2 .9 2 4 . 1 3 3 . 0 B 1 3 . 8 1 5 .7 2 7 .8 4 8 .6 C 1 9 .6 2 2 .0 2 3 . 1 3 2 . 1 l l . 0 1 4 .8 2 4 .1 4 5 .9 第17表 35oC65%R.Hにおけるテトロン綿の109/cm¥ 259 cm*, 509 lcm2h荷重時の圧縮,残留,永久歪率
4 考 察 以上の実験結果を圧縮歪率,残留歪率,永久盃率について図を示すと第2-7図のようになる｡樹 脂加工の効果については第8-13図のようになる｡又,テトロンは弾性回復は大きいのであるから, 腰のある範囲すなわち弾性圧縮抵抗の大きさを知るために行った第14表の結果を第22図に示す｡又各 時間における圧縮盃率,残留盃率,永久盃率を図示すると第16-ノ21図のようになる｡ 以上の歪種別表,図及び時間別の表,図より次のことが考えられる｡ (1)圧縮歪については,各繊維共圧縮時間の増すにつれて歪は増大するが,木綿の抵抗が最も大き く,いわゆる もへたり寸が最小である｡レーヨンス.フ.は,ジメチロール尿素樹脂加工及びェチ レン尿素樹脂加工したものは,木綿に近い圧縮抵抗を示す｡テトロンス.フ. ,レーヨンス.フ. は1009/cm2の荷重と同時に殆んどもへたりも きってしまうので,荷重時間の影響は殆んどないと いえる｡ふとん綿としては,木綿,樹脂加工レーヨンス.フ.が適当といえる｡湿度が80%R.H においては,歪率は大きくなるがこの場合も同様な傾向を示す結果が得られた｡ (第2, 3図) (2)残留盃については,木綿が最小である｡テトロン綿は弾性回復が大きいので,圧縮時間の影響は･ L ' = 二 I I ' M H i l , 1 , , ! k < ¥ ⋮ -. ) 松 下 為 隆 〔研究紀要 第15巻〕 99 35oC 65%R-.H.
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1*. 5¶t 1 L Compression Ti¶eJ 如 ′ 7 %ureゝ1S & ｣ 蝣 N . 〇 i s s a -u J w o o C -_二-_二 ∴_ _二二 m 1-m. 5m I h CompressiotL Ti¥-rr¥t.Fig. 2 Relation between Strain and loading time Fig. 3 Relation between Strain and loading time
小さく,レ-ヨンス.フ.は最も残留歪が大きく,100?/cm28h経過後の除重直後においては,辛 分以下の厚さになっている｡湿度80%R.Hにおいては,吸湿性の小さいテトロンは,荷重時間の 影響が最小で,且つ残留歪は最小である｡すなわち弾性余効回復は急速で且つ大きい0(第4 , 5図) ･35｡c a0%r.h ト 1帆 5仇 I h. ･ompressioγL Ti仰e-s % -u -1 -e -A ^ S 一 -E Y I P ) 巾 a 比 q o a o v c r > ォ r f -印 % ^ P S 土 5 i ^ P ! ^ " H 6 0 70 35-C 657.R.H 嗣ilil Ill Cot 轟 Ti¶巳
Fig. 4 Relation between Residual Strain and Fig. 5 Relation between Residual Strain and loading time loading time
(3)弾性余効回復1時間後の永久歪は,木綿が最小で,弾性余効回復率は最大であった｡テトロン綿 は最終的には,木綿と同様の結果を示し嵩高いが, iooァ7ォ2荷重による圧縮歪が最大であるのが 弱点である｡湿度80%R.Hにおいては,テトロン綿は吸湿性の最小であるという特性を示すので, 永久歪は木綿よりも少なく最小であった｡いずれの場合にも,レーヨンス.フ.の盃が最も大き い｡ (第6, 7図)
(4)樹脂加工の効果については,用いた3種の 樹脂加工とも,抗圧縮性,弾性回復,弾性余 効回復に好影響を与えるが,ジメチロール尿 ･素樹脂加工, Sumitex Resin M-3加工の効 果が大きい｡ (第8, 9, 10, ll, 12, 13 図)特にSumitex Resin M-3加工の場合は 80%R.Hにおいては木綿に優る特性を示す こともあるが, (第1, 2図)樹脂加工レー ヨンス.フ.の繰り返し疲労,臭気のおそれ を考慮すると敷ふとん用としては木綿に劣る と思われる｡ (5)弾性余効回復については, 8hの荷重除重 後の1時間に於いても木綿は尚可塑性の回復 途上にあって,長時間を要するが弾性余効回 復は大きい｡テトロンは,弾性回復は大きく 速やかであるが,弾性余効回復は小である｡ レ-ヨンス.フ. ,アロンス.フは最も もへ たり勺が大きく,しかも弾性余効回復も小さ い｡ (第14-21図) (6)テトロン綿は25?/cが, 50｣ c.那, 1009/ cm2の荷重によっては,圧縮歪,残留歪,永久歪 共に木綿及ジメチロール尿素樹脂加工レーヨ ンス.フ.に劣る｡但し29 c珊2の荷重にお いては,木綿以外の繊維と同様に嵩高い｡ 109 cm'<以下の荷重においては木綿以上の性 質を示した｡ (第22図) 5 結 論 木綿,レーヨンス.フ. ,アロンス.フ. , テトロン綿,エチレン尿素樹脂加工(Sumitex Resin901)レーヨンス.フ. ,メチル化メチ ロールメラミ ン樹脂(Sumitex Resin M-3) 8 仰 封 6 . / . ￠ 冨 山 l 空 . 上 1 ⊥ β f e u r e ^ o Eu T 35C 65%R.トと
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こコ iコ R- ＼-､＼＼＼＼二､､､､､等二
＼＼ '＼ ＼､ ㌔ 'vs､ I,化 5帆 t L CoTn-press*o･n Ti-馴tFig. 6 Relation between loading time and Strain after lh. release. 3 0 旬 L R 3 V -3 ォ 3 ￨ 聖 上 i u ^ r e t m ^ j i 鍔
Fig. 7 Relation between loading time and Strain after lh. release.
加工レーヨンス.フ. ,ジメチロール尿素樹脂
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松 下 為 隆 〔研究紀要 第15巻〕 101Fig. 8 Strain of Resin Fnished Rayon.
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iG謁 35oC S0%R.H DMU--､ hm - ^蝣蝣蝣a>s=-^=r^--ELト一一一一一一一一一･一1---_ __ U 5仇. 1九 Coirtpressiort T'¶e Fig. 9 Strain of Resin Finished Rayon.350 80%R.H. 8h 部 朝 a < s 吊 ^ ^ 蝣 3 E ｣ 芸 航 L d S I E E 閤
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350C 6r%R.H. 1′札 5.≠ 1 L Com-pression T(¶ejFig. 10 Relation between Residual Strain and loading time. MM･一･_.._I-ヽ 10 20 求 S f R u r e L 1 の 3 K G 鼠 ^ 闇 100 ＼ Eい､-一､＼＼ Dn u-ー÷ヽヽ二＼､＼-､ ＼･ ＼モ^､･､蝣^ ^こ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ 7′れ 5肌 1 lt CoiTLpトessio- Tt･¶巳
Fig. ll Relation between Residual Strain and loading time.
8h 0//oり雷p^"Iこ右耳dさ.'21S 20 ? 部 6 ?o-W 5叫 lh
Comoressto- Ti-Fig. 12 Relation between loading time and Strain after In. release.
義,残留歪,永久歪について研究した｡結論と して,木綿は,荷重の大きい場合は全般的に他 の繊維より優れた性能を示すので敷ふとん用と しては最も適している｡レーヨンス.フ.は全 般的に他の繊維より劣る｡但し樹脂加工したも のは木綿に次いで優れている｡テトロンは,荷 重の大きい場合は もへたり寸が大き過ぎるが, 109/cm2以下の荷重の場合は,弾性回復も大き いので,掛ふとん用として適当であると思われ る｡掛ふとんとして用いた場合,木綿は一晩の 睡眠中200:の水分を吸収する(9)が,テトロン 綿の場合は吸湿性が小で且つ,嵩高いのである から保健上対策を考えねばならない｡しかし吸 湿性の小さいことは保温上は好都合だとも考え られるし,乾燥上は有利である｡アロンス. oサoo<*-Ln<<｣> Van空1Sl 10 8*&軸ooo unu>vs* O/oUsォ/wm志ごBUl^jq-0 一oo MM-.I. EU ＼ ■■■■■ ● ー＼､ DM叫㌢＼ ヽ ､ _ 35oC 80XR.H. ヽ.
＼ゝミ-^ ､
ヽ ＼＼ここx^王 ＼ ＼ ヽ ＼ ＼ ＼ ＼＼ '＼ 二二＼･＼､ てW 5竹 1 kCoT里〕ressくO･- Ttt-e-Fig. 13 Relation between loading time and Strain after lh. release.
3SoC も07.R.H.
Hc Hト Hs
Fig. 14 Recovery after lm. Fig. 15 Recovery after lm. Fig. 16 Recovery after 5m. Compressi on. Compressi on. Comp.
松 下 為 隆
Hc H卜 Hs
Fig. 17 Recovery after 5m. Fig. 18 Recovery after lh. Comp. Comp.
〔研究紀要 第15巻〕 103
35oC 亀0%R.H.
Hc Hr Hs Fig. 19 Recovery after lh.
Comp. フ.については,テトロンと同様なことがいえるが,特長は無い｡ 尚,掛けふとんとしの低荷重による圧縮,繰り返し疲労試験,湿度と熱伝導,フォームラバー,ウ レタンフォ-ムとの比較研究を行う予定である｡ 試料繊維を御寄贈下さった三菱レ-ヨンK.K.,東邦レ-ヨンK.K.,樹脂を御寄贈下さった住友化学 K.K.に謝意を表します｡又実験を担当された岡野通子嬢にも併せて謝意を表する次第である｡
9 -切 S ゞ -T -t m e j や 叫 He H. Hs
Fig. 20 Recovery after 8h. Fig. 21 Recovery after 8h. Comp. Comp. 3EoC 6S% R.H. -t d ^ u 川 " -蝣 -* . . . . . . ･･･一･一 ofl/CAH. ･ 25jA帆1 -･一 50Q/c-z Hc H卜 Hs
Fig. 22 Tetron Comp. lest of various load. 参考文献 (1)Eggert,M.;海外繊維技術文献集4,135(1954) (2)Rees,W.H.;J.Text.Inst.,37,T121(1946),ibid.,39,T131(1948) (3)滝川昌彦,川村一夫;繊学誌17221(1961) (4)寺崎秀雄,阪田茜秋,片桐康;繊学試16701(1960) (5)矢島幹晴,荒川清,繊学試16500(I960) (6)P.C.deMaCarty,J.H.Dusenbury;Text.Res.J.,25875(1955) (7)S.M.Fork,T.G.Finzel;Text.Res.J.,26684(1956) (8)竹中はる子;家政誌10246(1959)(9)多田千代;家政誌7132(1957) Summary Authorstudiedonthecompressionalcharacteristicsofcotton,viscosrayon,Alon, I Tetron,ethylenurearesin-finishedv.rayon,melamine-formalineresm十finishedv. rayonanddimethylolureaream-finishedv.rayonfromthepointoftextileenduses. Afterthqcompressionexperiments(compression,residualandpermanentstrain) onseveralfibersthep〇ssibleevaluationswerediscussedwiththefollowingresults; ● 1.CottonisthemostsuitableformattersespeciallyathighloadoflOOg1cm' 8and resinfinishedv.rayonstaplefibersarenext.ViscoserayonstaplefiberandAlon arefoundnotsuitable. 2.Tetrronisfoundnotsuitableformattressbutissuitableforcoverletbecauseits resiliencevalueishighatlowpressurelessthanlog/cm* 3.Thestrainandfatigueofthefibermassincreaseswiththehumidityprobablydue ● tothehighermoistureregain｡
