CN103451771B - 抗静电复合纤维原丝、由其制得的抗静电加工丝及所用的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种抗静电复合纤维原丝、由其制得的抗静电加工丝及所用的制造方法。该抗静电复合纤维原丝是由一种包含10-30wt％的导电性碳黑的导电性复合高分子基材，以及一种纤维高分子基材经复合纺丝所制成，该导电性复合高分子基材在该抗静电复合纤维原丝中的比例为该复合纤维原丝总体积的20％-60％。通过添加导电性碳黑并配合该纤维高分子基材产生的支撑与保护机制，使该抗静电复合纤维原丝兼具有不易断裂的加工强度与良好而长期有效的导电性，并能进一步加工为具有卷曲外观与蓬松感的抗静电加工丝，因而有助于抗静电纤维的多样化应用并能提升其实用价值。

Description

抗静电复合纤维原丝、由其制得的抗静电加工丝及所用的制造方法

技术领域

本发明涉及一种抗静电纤维及其制造方法，特别是涉及一种适合加工处理且具有永久性抗静电效果的抗静电复合纤维原丝、由其制成的抗静电加工丝及所用的制造方法。

背景技术

合成纤维高分子材料为常见的纺织材料，并大量应用于衣着方面，由于合成纤维高分子材料多为绝缘性材料，当被穿着在人体时，易在人类活动过程中因摩擦而产生静电，所累积的电荷会发生放电、吸引等现象，轻者对穿着的人体造成不适，严重者将导致人体所碰触到的精密元件损坏(例如，击穿电子元件)，甚至引起气爆与火灾(例如，引燃油汽)。因此，针对高分子材料制造的衣着，有增加其导电性以抑制静电产生的需求。

传统纤维的抗静电加工方法主要分为三种。第一种加工方法是对织物表面进行加工，纺织品的抗静电效果来自于后整理加工的助剂，主要是在织物表面涂覆表面活性剂类抗静电剂或金属阳离子类抗静电剂，使纺织品产生高吸湿性或高导电性以消除静电，而将抗静电剂涂覆在纺织品表面而采用的方式则有含浸(dipping)、涂布(coating)或电(溅)镀(sputtering)。

然而，该第一种加工方法中的表面抗静电剂的作用原理主要是通过表面处理的方式使纺织品回潮率提高、降低绝缘性，及加速静电泄散。因此，若该纺织品是在干燥的环境下使用或经多次洗涤后，其效果将急速递减，导致该表面加工方式所获得的抗静电效果无法长久保持，且无法应用于一般需常洗涤的服饰，而有抗静电耐久性不佳与应用范围有限的缺点。

第二种抗静电加工方法，是在合成纤维高分子材料内添加导电基材，如果所添加的导电基材是表面活性剂类的抗静电剂，则经熔融纺丝工序后，表面活性剂会扩散到纤维表层，形成一种半永久性的抗静电织物，同样有抗静电性不耐久与无法经常洗涤的问题。如果要制成永久性的抗静电织物，则需添加高分子永久型抗静电剂并经熔融纺丝工序，以利用该高分子永久型抗静电剂在纤维内部形成的“导电通道”来消除静电。然而，高分子永久型抗静电剂多属亲水性聚合物，因此其在干燥环境下的抗静电效果仍然有限。此外，由于高分子型抗静电剂的分子量较高而不利于向纤维表面移动，为了达到符合规格的抗静电效果，需增加其添加量，才能使高分子型抗静电剂出现在纤维表面的机率增加，如此将导致该永久性抗静电织物的原料成本提高且增加高分子型抗静电剂用量易使纤维强度变差。

第三种方法为导电纤维法，是利用碳粉、金属、或金属氧化物与高分子聚合物混合再将其抽丝形成导电纤维，并将导电纤维织成永久性抗静电织物。由于该永久性抗静电织物在干燥环境下仍然有极佳的抗静电效果，因而常被应用于电子、军事或航太科技等方面。然而，该加工方法所得到的纤维，由于强度上的问题而无法进行可表现出蓬松感或增加卷曲性的加工，多为外观平直的原丝，所制出的织物也是平织物，因此，该导电纤维由于无法表现出蓬松感或卷曲性等特性，而无法用于增加纺织品的多样性及提供较佳的手感，而有不易应用于一般服饰与应用范围有限的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具较佳的加工强度与长久有效的导电性，因而在保有永久性抗静电效果的条件下，仍然能够被加工为具有特定外观与特性的纤维产品的抗静电复合纤维原丝。

于是，本发明抗静电复合纤维原丝，是由一个包含10-30wt％的导电性碳黑的导电性复合高分子基材，以及一个纤维高分子基材经复合纺丝所制成，且该导电性复合高分子基材在该抗静电复合纤维原丝中所占的比例为该复合纤维原丝总体积的20％-60％。

本发明抗静电复合纤维原丝的有益效果在于：添加导电性碳黑使该复合纤维原丝具有永久性抗静电效果，再调整该导电性复合高分子基材与具有补强与支撑效果的纤维高分子基材的比例范围，就能使该复合纤维原丝兼具不易断裂的加工强度与长期有效的导电性，因而能够进一步加工为具卷曲外观与蓬松感的纤维产品，并有助于增进抗静电纤维的应用范围与实用价值。

本发明还提供一种将上述的抗静电复合纤维原丝制成具有弹性、卷曲外观与蓬松感的抗静电加工丝的制造方法。

本发明抗静电加工丝的制造方法，包含：

(a)将一种根据权利要求1所述的抗静电复合纤维原丝引导到一个第一加热单元中，以使该抗静电复合纤维原丝被软化；

(b)使经软化的该抗静电复合纤维原丝被延伸，并对已延伸的该抗静电复合纤维原丝进行一加捻作用，以使该抗静电复合纤维原丝产生变形而形成一种第一变形丝；

(c)解除对该第一变形丝的加捻作用，以使该第一变形丝产生解捻并形成一种第二变形丝；及

(d)将该第二变形丝引导到一个第二加热单元中进行热定型，并获得一种呈卷曲状的抗静电加工丝。

本发明抗静电加工丝的制造方法的有益效果在于：配合该复合纤维原丝的材质组成设计而赋予该复合纤维原丝能承受加工的强度，因此能通过对该复合纤维原丝施予软化、延伸、加捻、解捻与热定型等处理，改变该复合纤维原丝平直的外观型式并使其获得弹性、卷曲状外观与蓬松感，使据此所制得的抗静电纤维在制成纺织品时更容易进行多样化的开发设计，而有助于改善抗静电纤维的应用范围。

进一步地，本发明还提供一种能产生永久性抗静电效果，且兼具卷曲状外观、弹性与蓬松感等特性，而适合制成不同用途的纺织品的抗静电加工丝。

该抗静电加工丝是由一种抗静电复合纤维原丝经假捻加工而制得，并呈现不规则卷曲状与蓬松感，该抗静电复合纤维原丝则是由一种含有导电性碳黑的导电性复合高分子基材，以及一种纤维高分子基材经复合纺丝所制成。

本发明抗静电加工丝的有益效果在于：由于该抗静电加工丝由抗静电复合纤维原丝直接假捻加工处理而呈现卷曲状外观与蓬松感，不需要另外的后加工处理，就能通过含有导电性碳黑的导电性复合高分子基材赋予该加工丝永久性抗静电功能，还能通过该加工丝卷曲状与蓬松感的外观制成具有弹性、蓬松感、柔软手感与较佳保温性的纺织品，因而有助于开发为多样化的机能性织物或服饰产品，并具有更高的实用价值。

附图说明

图1为本发明一个较佳实施例的抗静电复合纤维原丝的立体示意图；

图2a～图2i皆为剖面示意图，分别显示本发明抗静电复合纤维原丝的较佳实施例的断面分别呈不同配置型式的情形；

图3为本发明一个较佳实施例的抗静电加工丝的制造方法的流程图；

图4为一个制造流程示意图，显示本发明将该抗静电复合纤维原丝制成一种抗静电加工丝的加工情形；

图5为一个外观示意图，显示经本发明制造方法所制出的抗静电加工丝具有不规则卷曲状外观的情形；

图6为一个外观示意图，显示当一个第一加热单元的加热温度较低时导致所制出的一种抗静电加工丝卷曲性不足的情形；

图7为一个俯视图，显示以本发明的抗静电加工丝织造的一种织物产品的表面；

图8为一个侧视图，显示图7的织物产品具有较明显的蓬松感；

图9为一个俯视图，显示以现有一般抗静电纤维织造的一个织物产品的表面；

图10为一个侧视图，显示图9的织物产品呈扁平且不具蓬松感的外观。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1，本发明的抗静电复合纤维原丝1是由一种包含10-30wt％的导电性碳黑的导电性复合高分子基材，以及一种纤维高分子基材，在同一时间内挤压至同一个纺丝孔进行复合纺丝所制成，且该导电性复合高分子基材在该抗静电复合纤维原丝中所占的比例为该复合纤维原丝1总体积的20％-60％。其中，并通过调整导电性碳黑的含量与该导电性复合高分子基材所占的比例使该复合纤维原丝1的表面电阻为10²-10⁵Ω/sq。

该导电性复合高分子基材还包括一种聚酯(polyester)的高分子材料。此外，也可以选用一种选自下列群组中的高分子材料取代该聚酯的高分子材料：聚对苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate，简称PBT)、聚对苯二甲酸丙二酯(polytrimethyleneterephthalate，简称PTT)、聚乙烯(polyethylene，简称为PE)、聚丙烯(polypropylene，简称为PP)、聚氯乙烯(polyvinylchloride，简称为PVC)、聚二氯乙烯(poly(vinylidenedichloride)，简称PVDC)及聚丙烯腈(polyacrylonitrile，简称为PAN)。但可使用的高分子材料不以此为限，只要是含水率低的高分子材料，为了减少所制成的产品在使用过程中产生静电的问题，也可以通过添加导电性碳黑来改善所制得的纤维产品的抗静电性。在本实施例中特别选用导电性碳黑作为抗静电剂的主要考量即是基于导电性碳黑的耐久性优于高分子型抗静电剂与低分子型抗静电剂，抗静电效果则优于氧化金属抗静电剂，相较于其他抗静电剂又有价格较便宜的优势，而能降低原料成本。此外，金属抗静电剂由于需要以溶剂维持其纳米结构才能产生较佳的抗静电效果，不适合用于热塑性高分子材料的加工工序中。因此，导电性碳黑具有导电性佳、价格便宜及容易搭配热塑性高分子材料加工使用的特性。

该纤维高分子基材则包括一种选自下列群组中的高分子材料：聚酯(polyester)、聚酰胺(polyamide)及聚烯烃(polyolefin)。其中，由于聚酯成本低，且由其所制的衣物在市场接受度高，而为目前最普遍使用的人造纤维材料之一，然而，聚酯材料的衣物在穿着上也有容易产生静电的问题，因此，本实施例主要选用已普遍使用的聚酯作为该纤维高分子基材的材料。

参阅图2a～图2i，较佳地，该抗静电复合纤维原丝1的一个断面10包括至少一个由该导电性复合高分子基材界定形成的导电区11，及至少一个由该纤维高分子基材界定形成的补强区12。该导电区11与补强区12并相配合形成一种选自下列群组中的配置型式：如图2a与图2b所示的该导电区11包围该补强区12的芯鞘型、如图2c～图2e所示的该导电区11或该补强区12自该断面10的一个中心100放射状向外延伸的分割型、如图2f与图2g所示的该导电区11与该补强区12呈并列结合的并列型，及如图2h与图2i所示的该导电区11与该补强区12的其中一个形成多个独立的区块部111、121，并间隔分散在该导电区11与该补强区12的其中另一个界定出的范围内的海岛型。其中，图2g的断面型式是由多个相间隔并列的条状导电区11与多个相间隔并列的条状补强区12交互结合而成。

该抗静电复合纤维原丝1结合该导电性复合高分子基材与纤维高分子基材形成复合纤维的设计，除了可利用含有导电性碳黑的该导电性复合高分子基材产生长期有效的抗静电特性外，还能通过该纤维高分子基材所形成的支撑与保护机制，补强该复合纤维原丝1的结构强度，并增加该复合纤维原丝1的弹性与可延伸性，使其具有假捻加工工序所需的弹性与延伸性，并具有不易在假捻加工工序中发生断裂情形的强度。

参阅图3与图4，进一步地，本发明还将外观呈平直状的该抗静电复合纤维原丝1进一步处理以将其制成具有卷曲状外观与蓬松感的抗静电加工丝，该制造方法的一较佳实施例包含下列步骤：

步骤201是将如上所述的该抗静电复合纤维原丝1导入一个第一罗拉（滚筒）（roller）31，再由该第一罗拉31以一个第一速度，引导该抗静电复合纤维原丝1进入到一个第一加热单元41中。其中，该抗静电复合纤维原丝的导电性复合高分子基材还包括聚酯的高分子材料，为了使该抗静电复合纤维原丝1达到软化效果，较佳是将该第一加热单元41的温度设定在高于该聚酯材料的玻璃转移温度并低于该聚酯材料的熔点温度的范围内。在本实施例中，该第一加热单元41为一个加热箱，其温度较佳是设定为160-220℃，用于使该抗静电复合纤维原丝1被软化，借此，将使该复合纤维原丝1容易变形而能便于后续的加工处理。其中，该第一罗拉31的第一速度较佳是设定为230-330m/min。

步骤202是使经软化的该抗静电复合纤维原丝1被延伸，并通过一个假捻锭组5，使该抗静电复合纤维原丝1在呈现软化状态与延伸状态下，受该假捻锭组5的加捻(twisting)作用而产生变形，并形成一种第一变形丝101。在本实施例所用的加捻角度是设定为100～105度。由于加工过程中，该复合纤维原丝1的强度将随着其延伸倍率的增加而提高，但其丹尼数与断裂伸长率(elongationatbreak)将会递减，为了避免所制得的抗静电加工丝产品在后续织造工序中容易断裂而不利于加工的情形，需通过控制延伸倍率，使所制得的抗静电加工丝产品具有能承受后续织造工序的强度与断裂伸长率，且较佳是将该抗静电复合纤维原丝1的延伸倍率设定为1.5-1.75。其中，断裂伸长率指材料自伸直至受拉伸到断裂时的伸长量，与未被拉伸时的伸直长度的比值。

步骤203是引导该第一变形丝101继续前进，当该第一变形丝101通过该假捻锭组5后，施加在该第一变形丝101的加捻作用就会被解除(untwisting)，并使该第一变形丝101产生解捻而形成一种第二变形丝102。

步骤204是利用一个第二罗拉32以一个第二速度继续将该第二变形丝102引导到一个温度设定为150-210℃的第二加热单元42中进行热定型(heatsetting)，以降低该第二变形丝102中的残留扭矩，及提升纤维的卷曲度的稳定性，就能获得一个仍然保有抗静电特性，且具有弹性、蓬松感与卷曲状外观的抗静电加工丝103。其中，该第二罗拉32的第二速度较佳是设定为400-500m/min，且该第二加热单元42亦为一个加热箱。为了达到热定型效果，该第二加热单元42的温度也是控制在高于该导电性复合高分子基材中的聚酯材料的玻璃转移温度，并低于该聚酯材料的熔点温度的范围内，且一般在设定时，通常将该第二加热单元42的温度设定得比该第一加热单元41的温度低。

步骤205是利用一个输出罗拉33以一个第三速度将所制得的该抗静电加工丝103引导到一个卷收单元6进行卷绕收取，且该第三速度较佳为325-420m/min。实务操作上，是使该第三速度低于该第二速度，且较佳是通过第三速度与第二速度调整该抗静电加工丝的延伸率为约0.8。

需要补充说明的是，在步骤202中，是通过步骤204中的第二罗拉32的第二速度与步骤201中的第一罗拉31的第一速度将该抗静电复合纤维原丝1的延伸倍率调整在1.5-1.75的范围内。

本发明抗静电加工丝103的一个较佳实施例是由如上所述的抗静电复合纤维原丝1经假捻加工而制得，除了仍具有抗静电效果外，还呈现弹性、蓬松感与不规则卷曲状，当进一步将该抗静电加工丝103制成织物或服饰等纺织产品时，将能改善纺织产品的触感、增加柔软性与保暖性，有助于更多样化的抗静电机能纺织产品的开发设计，而能增加抗静电纤维产品的应用范围并提升其实用价值。

其中，为了符合抗静电的需求，是使该抗静电加工丝103的表面电阻维持在10⁵-10⁸Ω/sq。此外，为了使该抗静电加工丝103在其他织造工序中能承受加工而不易断裂，是使所制得该抗静电加工丝103在拉伸状态下所测得的断裂强度大于等于3.0g/d。且该抗静电加工丝103的断裂伸长率大于等于20％，而能符合一般纱线或纤维产品通常要求其断裂伸长率规格为10～30％的需求。

更佳地，用于制造该抗静电加工丝103的该抗静电复合纤维原丝1，是采用如图2e所示的型式，即该导电区11与补强区12相配合形成分割型的配置型式，且该导电区11是由多个自中心向外扩大延伸的扇形区块部112所界定形成。此种配置型式可增加导电区11与外界的接触比例，而能有效地降低表面电阻，此外，其补强区12的分布位置较平均，使该纤维原丝1整体的结构较均匀，有助于形成稳定的结构强度及减少断裂的机率。

<具体例一>导电性复合高分子基材的含量比例与抗静电复合纤维原丝的物性关系

将含有15±0.5wt％导电性碳黑与聚对苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate，简称PBT)的导电性复合高分子基材，与聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，简称为PET)的纤维高分子基材，于同一时间挤压至同一个纺丝孔进行复合纺丝，并制成具有如图2e的断面型式的抗静电复合纤维原丝。其中，通过改变该导电性复合高分子基材在该抗静电复合纤维原丝中的体积比例而分别制得如表-1所示的A1～A8抗静电复合纤维原丝样品，并依TAQ2000的测试标准测量前述8种样品的玻璃转移温度(Tg)、依ASTMD2256-2002的测试标准测量断裂强度(ultimatestrength)与断裂伸长率(elongationatbreak)，及依AATCC76-2005的测试标准测量表面电阻(surfaceresistivity)，测量结果如表-1。

其中，在测量断裂强度与断裂伸长率以前，会先对该复合纤维原丝样品施加一个用于使该原丝样品拉直而不伸长的初荷重，接着，再依上述标准方法所述的方式进行断裂强度与断裂伸长率的测量。找出初荷重的具体方式请参照ASTMD2256-2002测试标准，主要是先作一个受测原丝样品的载重-伸长量曲线关系图，再自该曲线最后一段形成直线状线段前的转折点作一条切线，使该切线与伸长量的坐标轴相交，再自该相交点作一条铅直线与该受测加工丝的载重-伸长量曲线相交，该相交处将对应纵坐标的一个载重值，所对应的载重值就是对该受测加工丝施加的初荷重。该初荷重主要目的在使受测样品能够在不被拉伸的条件下，维持刚好呈拉直的状态。

该复合纤维原丝样品的断裂伸长率则是由下列方式得到：测量受测原丝样品被施加初荷重呈拉直而不伸长时的长度为L₁₀，再以ASTMD2256-2002所述方式对受测的原丝样品进行拉伸，并测得其拉伸至断裂时的长度为L₁₁，则该加工丝的断裂伸长率为(L₁₁-L₁₀)/L₁₀×100％。

表-1不同抗静电复合纤维原丝样品的纤维物性

上述结果显示当抗静电复合纤维原丝中导电性复合高分子基材所占的比例逐渐减少时，该复合纤维原丝样品的玻璃转移温度(Tg)也有逐渐下降的趋势，表示当以该复合纤维原丝制成该抗静电加工丝时，在步骤201中以较低的温度就能达到使该复合纤维原丝受热软化的效果，即可以通过限制该导电性复合高分子基材的比例降低该第一加热单元41的设定温度，而能节省能源。

此外，随着该导电性复合高分子基材所占的比例下降，由于该纤维高分子基材所占比例相对增加，该复合纤维原丝样品的断裂强度以及断裂伸长率均呈现增加的趋势，表示该导电性复合高分子基材所占比例较低时，该复合纤维原丝在假捻加工过程中，将有较佳的断裂强度以及断裂伸长率，并能承受加工过程中的拉伸作用，而能有效避免该复合纤维原丝在加工中断裂。

然而，随着该导电性复合高分子基材所占的比例减少，将导致该复合纤维原丝的表面电阻值逐渐增加，表面电阻值增加表示材料的导电性变差，也就是该复合纤维原丝样品容易在使用过程中因摩擦而蓄积静电。

由于一般抗静电纤维的抗静电规格为表面电阻不得高于10⁹Ω/sq，而抗静电复合纤维原丝经假捻加工处理后由于被延伸，将使该加工丝的表面电阻增加，实际测试结果显示本发明制造方法所制得的加工丝的表面电阻，平均而言将增加至原丝的约1000倍，因此，配合表-1的结果，为了使假捻加工后的加工丝仍然具有抗静电效果，较佳是将该导电性复合高分子基材所占比例的下限定为20vol％。当该导电性复合高分子基材所占比例为60vol％(样品A2)与70vol％(样品A1)时的表面电阻值皆为10²Ω/sq，但在兼顾强度与节省能源的考量下，较佳是将该导电性复合高分子基材所占比例的上限定为60vol％。另外，由于抗静电纤维原丝在加工且经过延伸后，其强度会提升，为了使制得的加工丝的断裂强度大于等于3g/d，在此对该抗静电复合纤维原丝的断裂强度要求是大于等于2.5g/d。因此，通过将该抗静电复合纤维原丝中的导电性复合高分子基材的比例限制在20～60vol％，将使该抗静电复合纤维原丝兼具较佳的加工性以及加工后仍保有有效的抗静电效果。

<具体例二>不同导电性碳黑含量的抗静电复合纤维原丝的特性

将含有导电性碳黑与聚对苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate，简称PBT)的导电性复合高分子基材，与聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，简称为PET)材料的纤维高分子基材以复合纺丝的方式，制出如图2e所示的断面型式的抗静电复合纤维原丝。其中，该导电性复合高分子基材在该复合纤维原丝的比例为30±0.5vol％，通过改变该导电性复合高分子基材中的导电性碳黑含量而分别制得如表-2所示的B1～B7抗静电复合纤维原丝样品，并依<具体例一>所述的方法测量前述7种样品的力学特性与表面电阻特性，结果如表-2。

表-2不同导电性碳黑含量的抗静电纤维原丝样品的特性

表-2结果显示，随着导电性碳黑含量的增加确实减少了抗静电复合纤维原丝样品的表面电阻，也就是增加了导电性，故可通过增加该导电性复合高分子基材中的导电性碳黑添加量来提升该抗静电复合纤维原丝的抗静电效果。但是，随着碳黑的增加，该复合纤维原丝的断裂强度以及断裂伸长率都呈大幅度的下降，若要避免该抗静电复合纤维原丝在假捻加工工序容易断裂的情形，并使所制出的抗静电加工丝的强度符合规格，该抗静电复合纤维原丝的断裂强度至少要2.5g/d以上，表-2显然只有样品B1～B6符合需求，但由于B1的表面电阻较高，经加工后的表面电阻值容易超出10⁹Ω/sq，而不符合纤维产品的抗静电规格，因此，为了使该复合纤维原丝不易在假捻加工工序断裂，且使其所制得的加工丝仍具有抗静电效果，较佳是将该导电性复合高分子基材中的导电性碳黑含量限制在10～30wt％。

<具体例三>不同导电性碳黑含量与不同导电性复合高分子基材比例所制出的抗静电复合纤维原丝的特性

分别制造导电性复合高分子基材的比例为20vol％与60vol％，且该导电性复合高分子基材中的导电性碳黑含量分别为10wt％与30wt％的复合纤维原丝样品S1～S4，并分别依<具体例一>所述的方法测量样品S1～S4的表面电阻、断裂强度与断裂伸长率，结果如表-3。

表-3不同导电性碳黑含量与导电性复合高分子基材比例的抗静电纤维原丝样品的特性

表-3的结果说明，当将导电性复合高分子基材的比例控制在20vol％至60vol％，且使该导电性复合高分子基材中的导电性碳黑的含量调整在10-30wt％时，所制出的抗静电复合纤维原丝的表面电阻值范围10²～10⁵Ω/sq，即使加工后，仍可使所制出的抗静电加工丝的表面电阻值维持在10⁹Ω/sq以内，而能符合纤维产品对抗静电效果的规格要求，而样品S1～S4的断裂强度都大于2.5g/d的结果，则说明根据上述导电性碳黑含量范围与导电性复合高分子基材比例范围所制出的纤维原丝具有能承受后续加工工序作用的强度，因此本发明的复合纤维原丝兼具有不易断裂的加工强度与有效的导电性，而有再加工的应用潜力与实用价值。

<具体例四>不同加工参数所制得的抗静电加工丝的特性

配合上述步骤201～步骤205所述的方式，分别以表-4中实施例1～6，及表-5中的比较例1～5所设定的加工参数条件，将一种抗静电复合纤维原丝制成一种抗静电加工丝，并分别测量所制得的抗静电加工丝的强度、断裂伸长率、表面电阻与卷曲率。在下列实施例1～6与比较例1～5中所用的抗静电复合纤维原丝的导电性复合高分子基材包含15±0.5wt％的导电性碳黑，搭配导电性碳黑的高分子材料则为聚对苯二甲酸丁二酯(polybutyleneterephthalate，简称为PBT)，该导电性复合高分子基材在该复合纤维原丝中所占的比例则为该复合纤维原丝总体积的30±0.5％，且该复合纤维原丝的断面是采用如图2e所示的型式。虽然本具体例的抗静电复合纤维原丝的导电性复合高分子材料是使用PBT，但其材质不以此为限，例如，也可以选用PET、PTT、PE、PP、PVC、PVDC或PAN。

其中，表-4与表-5的断裂强度是采用ASTMD2256-2002测试标准所述的方法进行测量。

断裂伸长率也是采用ASTMD2256-2002测试标准所述的方法进行测量。其中，在测量强度与断裂伸长率以前，也会先依ASTMD2256-2002测试标准所述方法，先找出用于使该加工丝呈拉直而不伸长的初荷重。该加工丝的断裂伸长率则是由下列方式得到：依ASTMD2256-2002所述方式对受测的加工丝进行拉伸，测其拉伸至断裂时的长度为L₂₁，测量受测加工丝被施加初荷重呈拉直而不伸长时的长度为L₂₀，则该加工丝的断裂伸长率为(L₂₁-L₂₀)/L₂₀×100％。

表面电阻是采用AATCC76-2005测试标准所述的方式测量。

卷曲率(crimpcontraction，％)是依DIN53840的测试标准进行测量，主要测试方式是对受测样品施加重负荷(在此所施加的重负荷为2cN/tex)，10秒后测量其长度为Lg，再改用轻负荷(在此所施加的轻负荷为0.01cN/tex)让受测样品缓和10分钟后测量其长度为Lz，再将测量的长度代入公式：(Lg-Lz)/Lg×100％，就可算出受测加工丝的卷曲率。

表-4不同加工参数的实施例与其所制得的加工丝物性

表-4的结果显示当该抗静电复合纤维经实施例1~6的假捻加工工序制成的抗静电加工丝其断裂强度值皆大于3g/d，且其断裂伸长率值都在20%以上，符合现有假捻加工丝的强度与断裂伸长率规格，据此说明本发明使用含有导电性碳黑的抗静电复合纤维原丝搭配假捻加工工序确实能制出符合需求的假捻加工丝，而能将呈平直状的复合纤维原丝制成如图5所示的卷曲状、具有弹性与蓬松感且仍保有抗静电效果的加工丝。其中，该卷曲率越高显示所制得的加工丝的卷曲程度与蓬松度越明显，断裂伸长率越高则表示所制出的丝或该加工丝具有较高的韧性(弹性)，且较不易在加工过程中受延伸而断裂。

表-5不同加工参数之比较例与其所制得的加工丝物性

表-5显示在加捻加工工序中，当所设定的各加工参数超出特定范围时，易导致加工丝出现蓬松性较低、手感较硬、断裂伸长率较低与毛丝过多等品质不良现象。

其中，比较例1是当第一加热单元的加热温度只有150℃时的情形，由于含有导电性碳黑的导电性复合高分子基材的玻璃转移温度会比一般只有聚酯材料的高分子基材的玻璃转移温度高，因此，采用较低温进行假捻加工时，会造成抗静电复合纤维原丝软化程度不足，而无法有效产生假捻加工丝的蓬松卷曲性效果，如图6所示，为比较例1所制出的加工丝的外观情形，显然该加工丝有卷曲性不足的问题。虽然比较例1的加工丝的断裂伸长率高达34%，但由于过大的断裂伸长率在后续的织造过程中会有容易变形的问题，也会造成加工困难，故断裂伸长率亦不宜过大。

比较例2则是当该第一加热单元的加热温度为230℃的情形，由于温度过高，甚至超出该导电性复合高分子基材中的聚酯材料的熔点(约为220.87℃)，反而容易在纤维间产生粘合、并丝的情形，并使所制出的加工丝的蓬松性下降，成品手感生硬。对照表-4及表-5的比较例1与比较例2，显示该第一加热单元的温度低于下限或高于上限都会影响到加工丝的卷曲性、蓬松性与手感，因此，较佳是将该第一加热单元的温度范围设定为160-220℃。

比较例3是使第一罗拉与第二罗拉分别以340m/min与510m/min的高速引导原丝前进，虽然其对该复合纤维原丝的延伸倍率仍控制在1.5，由于第一罗拉速度过快，使该抗静电复合纤维原丝在该第一加热单元中停留并受热的时间过短，容易因受热不足而导致该抗静电复合纤维原丝的软化程度不足，仍然有无法有效产生假捻加工丝的蓬松卷曲性效果的缺点。若第一罗拉的速度低于下限，则会使该复合纤维原丝在该第一加热单元中停留时间过长，受热过久易造成原丝熔化而无法连续，且速度过低还有产出效率不佳的问题。对照表-4各实施例与表-5的比较例3，显示较佳是将该第一罗拉的速度设定在230-330m/min，及将第二罗拉的速度设定在400-500m/min。

比较例4是以超出所设定的延伸倍率的上限进行假捻加工情形，结果显示当延伸倍率高达1.9时，除了容易造成抗静电复合纤维原丝在加工过程中断裂外，且会导致加工后的加工丝断裂伸长率低，且加工丝表面容易产生较多的毛丝，毛丝过多将影响外观品质且无法在后续的织造工序使用。对照表-4各实施例与表-5的比较例4的结果可看出，加工丝的强度会随着延伸倍率的增加而提高，但其断裂伸长率与丹尼数则会随之递减，因此延伸倍率过高会使断裂伸长率不足，延伸倍率过低则会影响强度，两者都可能使所制出的加工丝在后续的织造工序中容易断裂而造成加工困难，因此，较佳是将延伸倍率设定在1.5-1.75。

比较例5是该第一加热单元仍以所设定温度范围内的温度对原丝进行加热软化，第二加热单元则以超出设定范围上限的温度进行热定型，结果显示当第二加热单元的加热温度设定为230℃时，会造成经加捻与解捻处理的变形加工丝的缩率降低，加工丝原有的卷曲率也会随着温度增加而降低，故该加工丝的卷曲率相较于表-4的各实施例仍然相对较低，且还是有断裂伸长率不足的问题。但是，当该第二加热单元的温度过低时，则会使解捻后的变形加工丝无法维持加工后的型态，且在后续的应用中容易因受热作用(例如，染整工序)而产生回复变形，比较表-4各实施例与表-5的比较例5、比较例1与比较例2，显示该第二加热单元的温度低于下限或高于上限也可能影响到加工丝的蓬松性与断裂伸长率，因此，较佳是将该第二加热单元的温度范围设定为150-210℃。

<具体例五>抗静电复合纤维原丝制成抗静电加工丝后的表面电阻变化情形

分别制备具有不同表面电阻的抗静电复合纤维原丝样品C1~C5，前述原丝样品并以表-4中的实施例5的加工参数进行假捻加工处理制成抗静电加工丝后，再分别测量该加工丝的表面电阻，结果如表-6所示。

样品C1~C5的断面型式都是采用如图2e所示的型式，且样品C1~C5的导电性复合高分子基材所用的高分子材料皆为PBT，其纤维高分子基材中的高分子材料则都是PET。另外，前述样品的导电性复合高分子基材中的导电性碳黑含量，以及该导电性复合高分子基材在该抗静电复合纤维原丝中所占的比例分别如表-6所示。

表-6抗静电复合纤维原丝与抗静电加工丝的表面电阻的关系

由于将抗静电复合纤维原丝制成卷曲状的抗静电加工丝的过程中有将原丝延伸的步骤，因此，导致所制出的加工丝相较于原丝会有表面电阻降低的现象，表-6的结果显示，当导电性碳黑的添加量只有9wt％的原丝样品C5，经假捻加工处理后，所获得的加工丝的表面电阻已超过10⁹Ω/sq，而不具有抗静电效果，因此，该复合纤维原丝中的导电性复合高分子基材的导电性碳黑含量不宜低于10wt％，且在兼顾纤维强度的条件下，该导电性碳黑的含量也不宜过高，较佳是将导电性碳黑含量设定为10-30wt％。

如图7与图8所示，分别为本发明的抗静电加工丝所织造出的一个织物产品的表面与侧视图，图9与图10则是使用现有一般抗静电纤维织造出的一个织物产品的表面与侧视图，比较图7、图8、图9与图10，显示本发明抗静电加工丝织造的织物产品确实可产生较具蓬松感的外观，且实际触摸结果也显示图7与图8的织物产品的触感较柔软。

归纳上述，本发明的抗静电复合纤维原丝、由其制得的抗静电加工丝及所用的制造方法，可获致下述的功效及优点，故能达到本发明的目的：

一、该抗静电复合纤维原丝除了具有长期有效的导电性而有抗静电效果外，还能通过该纤维高分子基材提供补强与支撑效果，而具有能承受假捻加工工序的结构强度，使该抗静电复合纤维适合进一步加工制成具有弹性、卷曲状外观、蓬松感与柔软触感等特性的加工丝，而有助于增加抗静电纤维产品的应用范围。

二、本发明的制造方法确实能将原本呈平直状的抗静电复合纤维原丝制成具有较佳的断裂伸长率与卷曲率的加工丝产品，且能表现出弹性、蓬松感、卷曲状外观与柔软触感等特性并仍保有抗静电效果，故该制造方法具有可改变抗静电纤维的外观与触感，进而能提升其实用价值的特性。

三、该抗静电加工丝除了能表现出弹性、蓬松感、卷曲状外观与柔软触感等特性外，还保有符合规格要求的强度与永久性的抗静电效果，因此具有能承受后续的织造工序的实用性，并能开发为多样化且具抗静电性机能的织物或服饰产品，相较于现有抗静电纤维，有更广泛的用途与更高的实用价值。

但以上所述的仅为本发明的较佳实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡是根据本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (15)

1.一种抗静电加工丝的制造方法，其特征在于，该方法包含：

(a)将一抗静电复合纤维原丝以一第一速度引导到一个第一加热单元中，以使该抗静电复合纤维原丝被软化，其中，该抗静电复合纤维原丝是由一种包含10-30wt％的导电性碳黑的导电性复合高分子基材，以及一种纤维高分子基材经复合纺丝所制成，该导电性复合高分子基材在该抗静电复合纤维原丝中所占的比例为该复合纤维原丝总体积的20％-60％，且该第一速度为230-330m/min；

(b)使经软化的该抗静电复合纤维原丝被延伸，并对已延伸的该抗静电复合纤维原丝进行一加捻作用，以使该抗静电复合纤维原丝产生变形而形成一种第一变形丝；

(c)解除对该第一变形丝的加捻作用，以使该第一变形丝产生解捻并形成一种第二变形丝；及

(d)将该第二变形丝引导到一个第二加热单元中进行热定型，并获得一种呈卷曲状的抗静电加工丝。

2.如权利要求1所述的抗静电加工丝的制造方法，其特征在于：在步骤(d)中，是以一第二速度引导该第二变形丝进入该第二加热单元中，该第二速度为400-500m/min。

3.如权利要求2所述的抗静电加工丝的制造方法，其特征在于：在步骤(b)中，是通过步骤(d)中的第二速度与步骤(a)的第一速度调整该抗静电复合纤维原丝的延伸程度，且是将该抗静电复合纤维原丝的延伸倍率控制在1.5-1.75。

4.如权利要求1所述的抗静电加工丝的制造方法，其特征在于：在步骤(b)中，是通过步骤(d)中引导该第二变形丝到该第二加热单元的速度，与步骤(a)中引导该抗静电复合纤维原丝到该第一加热单元的速度调整该抗静电复合纤维原丝的延伸程度，且是将该抗静电复合纤维原丝的延伸倍率控制在1.5-1.75。

5.如权利要求1所述的抗静电加工丝的制造方法，其特征在于：该抗静电复合纤维原丝的导电性复合高分子基材还包括聚酯的高分子材料，且步骤(a)中的第一加热单元以及步骤(d)中的第二加热单元的温度，都是设定在高于该聚酯材料的玻璃转移温度并低于该聚酯材料的熔点温度的范围内。

6.如权利要求1所述的抗静电加工丝的制造方法，其特征在于：在步骤(a)中的第一加热单元的温度是设定为160-220℃。

7.如权利要求1所述的抗静电加工丝的制造方法，其特征在于：在步骤(d)中的第二加热单元的温度是设定为150-210℃。

8.如权利要求1所述的抗静电加工丝的制造方法，其特征在于：该方法还包含一个在步骤(d)之后的步骤(e)，步骤(e)是以一第三速度将该抗静电加工丝引导到一个卷收单元进行卷绕收取，且该第三速度为325-420m/min。

9.一种抗静电加工丝；其特征在于：该抗静电加工丝是由一种抗静电复合纤维原丝经权利要求1所述的制造方法而制得，并呈现不规则卷曲状与蓬松感，该抗静电复合纤维原丝则是由一种含有导电性碳黑的导电性复合高分子基材，以及一种纤维高分子基材经复合纺丝所制成，其中，该导电性复合高分子基材包含10-30wt％的导电性碳黑，该抗静电复合纤维原丝中的导电性复合高分子基材在该抗静电复合纤维原丝所占的比例，为该复合纤维原丝总体积的20％-60％。

10.如权利要求9所述的抗静电加工丝，其特征在于：该导电性复合高分子基材包含10-30wt％的导电性碳黑，以及一种选自下列群组中的高分子材料：聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二氯乙烯及聚丙烯腈。

11.如权利要求9所述的抗静电加工丝，其特征在于：该抗静电复合纤维原丝的一个断面包括至少一个由该导电性复合高分子基材界定形成的导电区，及至少一个由该纤维高分子基材界定形成的补强区，该导电区与补强区相配合形成一种选自下列群组中的配置型式：该导电区包围该补强区的芯鞘型、该导电区或该补强区自该断面的一个中心放射状向外延伸的分割型、该导电区与该补强区呈并列结合的并列型，及该导电区与该补强区的其中一个形成多个独立的区块部，并间隔分散在该导电区与该补强区的其中另一个界定出的范围内的海岛型。

12.如权利要求11所述的抗静电加工丝，其特征在于：该抗静电复合纤维原丝的该导电区与补强区相配合形成分割型的配置型式，且该导电区是由多个自中心向外扩大延伸的扇形区块部所界定形成。

13.如权利要求9所述的抗静电加工丝，其特征在于：该抗静电加工丝的表面电阻为10⁵-10⁸Ω/sq。

14.如权利要求10所述的抗静电加工丝，其特征在于：该抗静电加工丝的断裂强度大于等于3.0g/d。

15.如权利要求10所述的抗静电加工丝，其特征在于：该抗静电加工丝的断裂伸长率大于等于20％。