CN104233849A - 布材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种布材，作为构成导电性的布材的不锈钢线材，使用在与纤维轴方向垂直的截面上的距离直径的中心为1μm见方的范围内，不具有与纤维轴垂直的面内的最大长度为200nm以上的晶粒的不锈钢线材。作为不锈钢线材，优选使用具有奥氏体系不锈钢的组成的线材。

Description

布材

技术领域

本发明涉及布材，更详细而言，涉及具有高的抗弯曲性的导电性的布帛。

背景技术

目前，使用以在机织物、针织物、无纺布等布帛中或与这些布帛一体地设置加热器、传感器、天线等为目的而在布帛中配置有可通电的导电丝的导电布帛。作为导电丝，例如美国专利第5927060中公开有在聚酯制的芯丝周围螺旋状地卷绕有金属线材的被称作包覆丝的导电丝。在这样的导电丝中，作为金属线材，为了相比其它金属线材而抗拉强度及耐腐蚀性高，优选使用不锈钢线材。

导电布帛在使用时以各种形状弯曲。例如，在将导电布帛作为具备车辆用座椅中的加热器及压力传感器的座椅材料使用的情况下，乘员在导电布帛之上重复就座及起立，还在就座的状态下使臀部向各种方向移动。此时，导电布帛在以上下方向或前后方向为主的各种方向上承受弯曲。另外，在将导电布帛作为衣服使用的情况下，伴随穿脱过程或穿用的状态下的身体的运动，承受弯曲。构成导电布帛的金属线材由细径的金属构成，因此，在重复弯曲的情况下，可能因金属疲劳而断线。当引起断线时，引起该部位的电阻值的上升，损害导电布帛的功能。另外，如果在通电中引起断线，则可能在使用者未注意到的情况下电阻上升，引起急剧升温。另外，金属线材的断线不仅在导电布帛的使用中，而且在染色工序中也可能产生。这是因为在染色工序中需要较强地揉搓布帛。这样，在染色工序中及使用状态下金属线材可能断线时，导电布帛的可靠性降低。

发明内容

本发明提供一种布材，其含有金属线材且具有导电性，其中，具有高的抗弯曲性，且在染色过程中或使用状态下重复承受弯曲的情况下，也能够防止金属线材的断线，具有高的可靠性。

本发明一方面的布材包括：不锈钢线材，在与纤维轴向垂直的截面上的距离直径的中心为1μm见方的范围内，不具有与纤维轴垂直的面内的最大长度为200nm以上的晶粒；及非导电丝。

在此，所述不锈钢线材也可以由奥氏体系不锈钢构成。所述布材也可以用于车辆用座椅的座椅材料。

所述一方面的布材由于含有不锈钢线材，从而具有导电性。由于不锈钢线材中的规定的范围内没有与纤维轴垂直的面内的最大长度为200nm以上的晶粒，所以在大的晶粒的边界难以产生微小的裂缝。由此，即使含有不锈钢线材的布材在染色过程中及使用状态下重复承受弯曲，相比现有一般的导电性布材的情况，也能够大幅抑制不锈钢线材发生的断线。由此，提高了布材的电特性的可靠度。

在此，当不锈钢线材由奥氏体系不锈钢构成时，由于奥氏体系不锈钢通常具有高的延展性和韧性，所以容易将不锈钢材细线化。另外，奥氏体系不锈钢可以过冷加工而高强度化。为防止弯曲时的断线，需要在减小存在于不锈钢线材中的晶粒的粒径时强化冷加工时的冷却，但可根据奥氏体系不锈钢的这种性质通过冷加工而得到高强度的不锈钢线材。因此，使用了由奥氏体系不锈钢构成的不锈钢线材的布材具有高的强度。

附图说明

下面，参照附图对本发明的实施方式的特征、优点及技术和工业意义进行说明，相同的标号表示相同的部件。

图1是表示构成本发明一实施方式的布材的导电丝的结构的图；

图2A是与实施例1的不锈钢线材的纤维轴方向垂直的截面的DF-STEM图像；

图2B是与比较例1的与不锈钢线材的纤维轴方向垂直的截面的DF-STEM图像；

图3A是图2A的视场1的高倍率的DF-STEM图像；

图3B是图2B的视场1的高倍率的DF-STEM图像；

图4A是图2A的视场2的高倍率的DF-STEM图像；

图4B是图2B的视场2的高倍率的DF-STEM图像。

具体实施方式

以下，说明本发明一实施方式的布材的详情。本发明的布材由具有导电性的导电丝和不具有导电性的非导电丝构成，为具有导电性的导电布帛。可使用导电丝及非导电丝构成机织物、针织物、无纺布等多种多样的导电布帛。例如在构成作为机织物的情况下，通过将经纱或纬纱的一部分作为导电丝，可以得到具有导电性的布帛。

图1表示构成导电布帛的导电丝的结构之一例。导电丝1具有包覆丝的结构，在由非导电丝构成的芯丝11的周围螺旋状地卷绕有作为鞘丝的不锈钢绞线10a及10b。通过采用这种包覆结构，即使在芯丝11的纤维轴方向承受了使导电丝1拉伸的力时，由于不对不锈钢绞线10a及10b在纤维轴方向作用力，所以也能够防止不锈钢绞线10a及10b的断线。

不锈钢绞线10a及10b为将多条不锈钢线材（线料）绞合而构成。不锈钢线材的线径过细时，抗拉强度不足，因此，优选为直径10μm以上。更优选为直径14μm以上，特别优选为直径16μm以上。另一方面，如果线径过粗，则在弯曲时弯曲点的内侧和外侧的曲率之差增大，容易在它们之间产生裂缝，因此，弯曲耐久性降低。具体而言，优选为直径35μm以下。更优选为直径28μm以下，特别优选为直径23μm以下。

作为构成不锈钢线材的不锈钢材料，可以选择任何不锈钢，但特别优选奥氏体系不锈钢。这是因为奥氏体系不锈钢由于具有高的延展性和韧性，所以可以容易地细线化。另外，奥氏体系不锈钢通过冷加工而高强度化。因此，如下所记载，在为将组织细粒化而强化冷加工时的冷却时能够得到高强度材料这一点上，也优选使用奥氏体系不锈钢。在奥氏体系不锈钢中，在耐蚀性优异这一点上，优选使用由18Cr-8Ni的概略组成表示的SUS304、由18Cr-12Ni-2Mo的概略组成表示的SUS316、或SUS316L等它们的派生种。其中，特别优选具有特别高的耐蚀性的SUS316或其派生种。

为提高含有不锈钢线材的导电布帛的抗弯曲性，需要作为线料的不锈钢线材自身具有高的抗弯曲性，且在弯曲时不产生断线。为抑制不锈钢线材的断线，最重要的参数是不锈钢线材中的不锈钢晶粒的粒径。在观察与不锈钢线材的纤维轴方向垂直的截面时，需要在距离线径的中心1μm见方的范围内不具有与纤维轴垂直的面内的最大长度（以下有时称作粒径）为200nm以上的晶粒。这是因为，如果在该领域存在与纤维轴垂直的面内的最大长度为200nm以上的大的晶粒，则会从这种晶粒和相邻的晶粒之间的晶界产生微小的裂缝（微细裂缝），成为疲劳破坏的起点。疲劳破坏引起不锈钢线材的断线。此外，有关某晶粒的与纤维轴垂直的面内的最大长度是指在以与纤维轴垂直的截面观察时从该晶粒的外缘上的任意点到外缘上的其它点为止的长度中最大的长度。

通常，不锈钢线材中的晶粒的粒径反映制造过程的温度变化的履历。如后述，所生成的晶粒的粒径依赖于冷却的程度及速度，冷却越慢，结晶成长越快，生成越大的晶粒。因此，冷却的速度慢的线径的中心附近相比冷却的速度快的外侧的区域生成大的晶粒的可能性高。即，如果在中心附近某尺寸以上的晶粒不存在，则可判断为在其外侧的区域也不存在。根据该理由，将评价晶粒径的范围设为距离线径的中心1μm见方的范围。

如果在距离线径的中心1μm见方的范围内少量存在粒径大的晶粒，则在金属组织中会产生微小的裂缝，所以粒径200nm以上的晶粒完全不存在是重要的。即使全部晶粒的平均粒径小但粒径200nm以上的晶粒少量存在，则认为从该部位发生裂缝。因此，粒子的平均粒径对于不锈钢线材的抗弯曲性而言，不是像粒径的上限值那样重要的参数。另外，如下述，构成不锈钢线材的晶粒的粒径大幅依赖于线材的制造方法、尤其是伸线工序中的加工温度，但即使不锈钢线材的种类不同，冷却较快进行的线材的表面附近的晶粒径也不太会产生差别。另一方面，线径的中心附近的晶粒的粒径根据不锈钢线材的种类有大幅不同。因此，通过规定与纤维轴方向垂直的截面中的距离线径的中心1μm见方的范围内的晶粒的粒径，能够得到具有高的抗弯曲性的不锈钢线材。

这种在距离线径的中心1μm见方的范围内不具有与纤维轴垂直的面内的最大长度为200nm以上的晶粒的不锈钢线材的形成通过如下步骤实现：在通过冷加工而由直径80μm左右的母线通过伸线工序细线化时，强化冷却。这是因为，如果将不锈钢线材在加工中加热为高温，则再结晶进展，晶粒大幅成长，但通过强化冷却，抑制了结晶成长。如上，奥氏体系不锈钢由于通过冷加工而高强度化，所以通过这样强化冷却并通过冷加工进行伸线，能够得到高强度的不锈钢线材。

此外，观察不锈钢线材的截面而评价晶粒径的方法可以是扫描型电子显微镜（SEM）、透射型电子显微镜（TEM）、扫描型透射电子显微镜（STEM）等可通过足够的分辨率观察具有10～100nm级的粒径的晶粒的显微镜中的任一种。对于金属那样的使电子线强散射的物质而言容易进行晶粒的正确的粒径评价这一点上，优选暗视场扫描型透射电子显微镜（DF-STEM）。

在作为包覆丝的鞘丝使用上述的不锈钢线材时，优选绞合线料而成的绞线。绞合节长没有特别限制，但优选为0.5mm以上且2mm以下。绞线的构成条数也依赖于使用的线料的粗细及所希望的电阻值，但为使线料间的配置稳定而得到高的强度，优选以将各线料最密填充地配置的方式选择条数。最密填充是指对配置于中心的一条线料外接最多的条数的线料的状态，在全部线料具有相同直径的情况下，线料的条数为7条。

作为包覆丝的芯丝的非导电丝也可以是非导电性的天然纤维或合成纤维。其中，优选具有高耐久性的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）等聚酯系纤维。

将由不锈钢线材构成的鞘丝卷绕于非导电性的芯丝时的包覆绞数没有特别限制，但可以设为50～1000T/m。另外，如图1所示，既可以是卷绕两条导电丝的双包覆，也可以是仅卷绕一条的单包覆。绞合方向也没有限制，可以是S绞或Z绞的任一种。

另外，为防止在浸渍于盐水中等情况下不锈钢材被电分解而腐蚀，优选导电丝被涂敷树脂。树脂材料没有特别限制，但优选与不锈钢线材的附着性高且具有耐热性和耐寒性的材料。具体而言，可例举氯乙烯系、聚氨脂系、氟树脂系、丙烯系等树脂。可以使液体状态的这些树脂浸透于导电丝且使其固化。

以下，使用实施例详细说明本发明。

将直径18μm的SUS316线料（ASAHI INTECC（朝日インテック）制）制成实施例1的不锈钢线材。该不锈钢线材相比现有一般的不锈钢线材，将基于冷加工的伸线工序的冷却强化来制造。

以下对实施例2进行说明。将实施例1的7条不锈钢线材以绞数1500T/m进行绞合，形成不锈钢绞线。以330dtex-72长丝的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）预绞丝为芯丝，将上述两条不锈钢绞丝向S方向及Z方向分别以500T/m的节距进行卷绕，制作包覆丝。将其作为纬纱的一部分（2cm一条的比例）织入，制成导电布帛。其它纬纱及经纱使用PET丝。机织物成为纬二重组织，作为导电丝的包覆丝配置于机织物的背面，在表面不会显现。

以下说明实施例3。使用实施例2的导电布帛制作构成车辆用座椅的座椅材料。首先，在实施例2的导电布帛的背面赋予背涂剂并使其干燥。作为背涂剂，使用由丙烯酸叔丁酯和丙烯腈合成的丙烯系聚合物和以阻燃剂为主成分的材料。另外，在配置了聚氨酯座椅的衬垫材料（厚度5mm）和经绒-经平组织（15dtex的尼龙6）的背基布后，通过火焰胶合而一体化。接着，将该布材切出座椅座面的规定尺寸。而且，从在缝制缝合部中要作为加热器通电的部分使用激光除去了聚氨酯座椅和背基布和背涂剂的树脂层及PET丝后，在露出的不锈钢线材上作为连接部件缝合连接经纱中使用了镀锡的铜线的带。将多个导电线材（不锈钢线材）通过一对通电装置电并联连接，在布材上形成导电线材的并联电路。

将与实施例1不同的直径18μm的SUS316线料（FURUKAWAMAGNETWIRE（古河マグネットワイヤ）制）作为比较例1的不锈钢线材。该不锈钢线材通过与目前一般的不锈钢线材相同的制法制成，没有如实施例1那样将基于冷加工的伸线工序的冷却强化。

使用比较例1的不锈钢线材，与实施例2同样地制作了比较例2的导电布帛。

使用比较例2的导电布帛，与实施例3同样地制作了比较例3的座椅材料。

以下说明不锈钢线材的截面的晶粒径评价的试验方法。对于实施例1及比较例1的不锈钢线材，通过使用了收敛离子束的微量采样法，以与纤维轴垂直的方向为截面得到薄片试样。使用电场放射型透射电子显微镜（日本电子制JEM-2100F）对这些薄片试样进行DF-STEM观察。在以低倍率观察截面整体后，对直径的中心附近及表面附近以高倍率进行详细观察。

以下说明导电布帛的弯曲试验。实施例2及比较例2的导电布帛的弯曲试验遵照JISC1010-31的标准进行。将实施例2及比较例2的导电布帛分别切出成宽度30mm、长度200mm的长条状。此时，以导电丝配置于宽度方向的中央的方式进行切出。另外，从长条的两端引出导电丝，设为可通电的状态。

从背表两面用丙烯制的直径1mm的圆棒夹持并支承该长条状的导电布帛的长度方向中央，形成弯曲支点。而且，用夹持工具保持长条状导电布帛的一端，且以弯曲支点为中心向布帛的厚度方向（前后方向）两侧偏60°、合计120°地配置。将向前方或后方的任一方向120°的移动看作一次弯曲，以每分100次的速度使长条状的导电布帛弯曲。在此，对导电布帛通电，边测量电阻值边进行该弯曲试验。通过追踪电阻值的变化，检测不锈钢线材的断线，记录构成导电布帛的不锈钢线料最初断线了一条的弯曲次数。

以下说明不锈钢线材的抗拉试验。利用夹持工具保持实施例1及比较例1的不锈钢线材（线料）的两端，向使两端分开的方向施加力，拉伸线材。此时，对不锈钢线材通电，边测量电阻值边进行试验。通过追踪电阻值的变化，检测不锈钢线材的断线，记录此时的抗拉强度和断裂伸长率。

以下说明座椅材料的乘降耐久试验。对于实施例3及比较例3的座椅材料，利用具备臀部模型的机器人再现车辆用座椅上的人的动作之一例（上下动作、前后动作、扭转运动）。具体而言，在20℃的环境下将臀部模型（座位臀部宽度：39cm）配置于通电状态的各座椅材料上，将77kg的载荷作用于臀部模型。然后，在座椅材料上，将臀部模型的上下动作（50mm）、前后动作（30mm）和扭转运动（15度）按该顺序重复50万次。然后，在试验后通电，在从通电开始经过了5分钟后，使用热感照相机确认比初期状态高5℃以上的温度的异常加热所产生的部位、或没有因断线而温度上升的加热线是否存在。

以下表示试验结果，并进行考察。对于不锈钢线材的截面的晶粒径评价，图2A及图2B分别表示实施例1及比较例1的不锈钢线材的低倍率的DF-STEM图像。观察径向全宽，图像两端的圆弧形状相当于线材的外缘。将这些图像进行比较，在比较例1的不锈钢线材中，线材的表面附近由较均一的细粒组织构成，与之相对，在内部区域观察到粗大的组织。另一方面，对于实施例1的不锈钢线材，表面附近和内部都同样由较均一的细粒组织构成。

为详细调查这种组织的尺寸的差异，对图2A及图2B中的表面附近的视场1及包含径向中心的视场2进行了放大观察。这些结果示于图3A、图3B、图4A及图4B。此外，视场1及视场2分别观察约130μm见方的范围。

在图3A的实施例1的不锈钢线材的表面附近（视场1）的DF-STEM图像中，观察到形成板状的晶粒，其厚度方向朝向与观察面内即纤维轴方向垂直的方向。板状晶粒在观察面内排列成具有波纹的波状。晶粒的粒径相比后述的比较例1的粒径及实施例1的内部的粒径更一致。与各晶粒的纤维轴垂直的面内的最大长度最大为30nm左右。

在图3B的比较例1的不锈钢线材的表面附近的DF-STEM图像中，也观察到板状的晶粒，但没有如图3A的实施例1的不锈钢材的情况那样取得波状的排列结构，而是晶粒无秩序地配置。这样，晶粒的排列结构与实施例1的情况不同，但对于构成其的各晶粒的大小而言，与实施例1的情况没有很大差异。比较例1的情况下晶粒径的偏差稍大，但与各晶粒的纤维轴垂直的面内的最大长度最大为70nm左右。如下述，在比较了中心附近的晶粒的情况下，在实施例1的不锈钢线材和比较例1的不锈钢线材之间存在大的差，与之相对，表面附近的晶粒径在两者之间仅存在2倍左右的差。

图4A表示实施例1的不锈钢线材的中心附近（视场2）的DF-STEM图像。与图3A的表面附近的图像相同，具有厚度方向朝向观察面内的板状晶粒配置成波状的结构。虽然相比图3A的情况具有大的直径的晶粒稍微增加，但没有像如下述的比较例1的不锈钢线材那样在表面附近和中心附近发现组织的结构有大的差。即，如在图1的低倍率的图像中也能够确认那样，表面附近和内部均具有较均一的结构。图中以箭头表示在该视场中与纤维轴垂直的面内的最大长度为最大的晶粒，但与其纤维轴垂直的面内的最大长度为约180nm。即，在距离直径的中心1μm见方的区域中不存在与纤维轴垂直的面内的最大长度为200nm以上的晶粒。

图4B表示比较例1的不锈钢线材的中心附近（视场2）的DF-STEM图像。与图3B的该不锈钢材的表面附近的图像及图4A的实施例1的不锈钢线材的中心附近的图像相比较，晶粒明显粗大。大的晶粒的粒径明显为200nm以上，与晶粒的纤维轴垂直的面内的最大长度大的晶粒未收容于观察视场之中，但对于最大的情况，与纤维轴垂直的面内的最大长度即使往小估计也为800nm以上。

通过冷加工将母材伸线，从而形成不锈钢线材，但当此时的冷却不充分时，因再结晶而引起结晶成长，生成大的粒径的粒子。另一方面，如果在冷加工中强化冷却，则构成晶粒的金属原子的运动被抑制，阻碍结晶成长。通过急速冷却，生成大量晶粒的核，以这些核为中心生成大量微细的结晶。在冷却线材时，冷却从表面发展，冷却至中心附近耗费时间。相比比较例1的情况，在实施例1的情况下冷加工时的冷却被强化，因此，在比较例1的不锈钢线材中，在直至冷却至内部的期间在中心附近引起结晶成长，与之相对，在实施例1中，可认为中心附近也被急速冷却，结晶成长未能发展。可认为，对于表面附近，在任一情况下都被急速冷却，因此晶粒径未产生大的差别。

如上述，通过适合金属的晶粒径的估计的DF-STEM进行不锈钢线材的晶粒径的评价，但利用TEM也可以进行同样的观察。省略表示结果的记载，但可得到与通过DF-STEM观察的情况相同的结果。

以下表示导电布帛的弯曲试验的结果及研究。根据上述的弯曲试验，在实施例2的导电布帛中，即使经过1，000，000次的弯曲也不会产生断线。另一方面，在比较例2的导电布帛中，通过50，000次的弯曲就观测到断线。

即，相比使用了在径向中心附近观测到粒径200nm以上的晶粒的不锈钢线材的导电布帛，使用在距离直径的中心1μm见方的区域中未观测到粒径200nm以上的晶粒的不锈钢线材的导电布帛相对于20倍以上的次数的弯曲具有耐久性。如上述，可认为在将线材弯曲时，从粗大的晶粒的晶界产生微小的裂缝，会导致断线，可解释为由于粒径大的晶粒不在不锈钢线材的中心附近存在，从而弯曲耐久性提高。

可认为本弯曲耐久试验中使用的以支点为中心向前后两侧弯曲这样的弯曲运动与在使用车辆用座椅时及穿脱衣服时、在丝的染色工序中导电丝承受的弯曲运动类似。因此，在中心附近未发现粒径200nm以上的晶粒的情况下可实现高的弯曲耐久性的本试验的结果能够解释为作为车辆用座椅或衣服的导电布帛所要求的弯曲耐久性的基准。

以下表示不锈钢线材的抗拉试验的结果及研究。在实施例1的不锈钢线材中，断线发生的抗拉强度为3.0×10³N/mm²，与之相对，比较例1的不锈钢线材中为2.0×10³N/mm²。断裂伸长率分别为2.3％、2.5％。即，实施例1的在距离中心1μm见方的区域中不存在粒径200nm以上的晶粒的不锈钢线材相比比较例1的存在粒径200nm以上的晶粒的不锈钢线材，具有大的抗拉强度。

可认为不锈钢线材拉伸时的断裂也与弯曲时的断裂相同，以粗大的晶粒的晶界的微小的裂缝为起点产生。因此，可理解为对于在距离中心1μm见方的区域中不具有粒径200nm以上的晶粒的实施例1的不锈钢线材，能得到大的抗拉强度。

以下表示座椅材料的乘降耐久试验的结果及研究。对于实施例3的座椅材料，没有产生异常加热部或加热线的断线。另一方面，对于比较例3的座椅材料，20条中的2条加热线断线，3条产生异常加热。即，相比比较例3的座椅材料，实施例3的座椅材料具有高的乘降耐久性。

基于臀部模型的上下动作、前后动作及扭转运动均伴随构成座椅材料的导电布帛的弯曲。通过上述的切出成长条状的导电布帛的弯曲试验得到的、使用在距离中心1μm见方的区域中不存在粒径200nm以上的晶粒的不锈钢线材的导电布帛相比使用存在粒径200nm以上的晶粒的不锈钢线材的导电布帛弯曲耐久性高这一结果，与更接近实际的导电布帛的使用状态进行的本试验的结果吻合。即，更明确表示了车辆用座椅要求的抗弯曲性可通过在导电布帛中使用在距离中心1μm见方的区域中不存在粒径200nm以上的晶粒的不锈钢线材而实现。

如上，根据本发明的使用了在与纤维轴方向垂直的截面上在距离直径的中心1μm见方的范围内不具有与纤维轴垂直的面内的最大长度为200nm以上的晶粒的不锈钢线材的导电布帛，能够获得高的抗弯曲性。

以上对本发明的实施方式及实施例进行了详细说明，但本发明不限定于上述实施方式及实施例，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种改变。例如，不仅在不锈钢线材被使用于机织物的情况下，而且在被使用于针织物等其它结构的布帛的情况下，也同样能够实现高的抗弯曲性。另外，不锈钢线材也可以不需要作为包覆丝的鞘丝使用，而以其它方式构成布帛。

Claims (3)

1.一种布材，其特征在于，包括：

不锈钢线材，在与纤维轴向垂直的截面上的距离直径的中心为1μm见方的范围内，不具有与纤维轴垂直的面内的最大长度为200nm以上的晶粒；及

非导电丝。

2.根据权利要求1所述的布材，其中，

所述不锈钢线材由奥氏体系不锈钢构成。

3.根据权利要求1或2所述的布材，用于车辆用座椅的座椅材料。