DE60016136T2

DE60016136T2 - Elektrisch leitende Verbundfaser

Info

Publication number: DE60016136T2
Application number: DE60016136T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Kurashiki-City Tanaka; Akihiro Kurashiki-City Hokimoto; Yoshiteru Kurashiki-City Matsuo; Masao Kurashiki-City Kawamoto
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-09-28
Also published as: DE60016136D1; CN1138880C; CA2322240C; ES2232367T3; US6413634B1; CN1295141A; KR100407026B1; TW469306B; EP1091026B1; KR20010050879A; CA2322240A1; EP1091026A1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundfaser mit einer hochwertigen antistatischen Beschaffenheit. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrisch leitfähige Verbundfaser, die bei der praktischen Anwendung die Staubentwicklung unterdrückt, über einen langen Zeitraum hinweg hochwertige Leistungseigenschaften beibehält und mit anderen Fasern unter Bildung von Kleidungsstücken mit hochwertiger Beständigkeit beim Bügeln und guter Farbechtheit vermischt werden kann. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrisch leitfähige Verbundfaser, die innerhalb einer langen Zeitspanne ein hochwertiges antistatisches Verhalten zeigt, wenn sie als Aufladungsbürste für Kopiergeräte und Drucker verwendet wird, wodurch sich innerhalb langer Zeitspannen hochwertige Druckbilder herstellen lassen, und zwar trotz eines geringen Anteils an elektrisch leitfähigem Ruß.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Es wurden eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Fasern mit hochwertiger antistatischer Beschaffenheit vorgeschlagen. Einer derartigen Faser wird durch Metallbeschichtung der Oberfläche einer Faser, die keine elektrische Leitfähigkeit besitzt, eine elektrisch leitende Beschaffenheit verliehen. Eine weitere Faser wird elektrisch leitfähig gemacht, indem man eine elektrisch leitfähige Überzugsschicht aus einem Harz oder Kautschuk, dem elektrisch leitfähiger Ruß einverleibt ist, aufbringt. Ungünstigerweise werden dazu komplizierte und schwierige Herstellungsverfahren benötigt oder es kommt bei derartigen Fasern leicht zu einem Verlust der elektrischen Leitfähigkeit bei Reinigungsvorgängen (unter Durchführung einer chemischen Behandlung) und bei der tatsächlichen Anwendung (unter Abrieb und wiederholtem Waschen).
Ein weiteres Beispiel für elektrisch leitfähige Fasern sind Metallfasern, wie Stahlfasern. Obgleich Metallfasern für ihre günstigen antistatischen Eigenschaften bekannt sind, sind sie teuer und mit üblichen organischen Materialien unverträglich, was Schwierigkeiten bei Web- und Färbestufen hervorruft. Außerdem kommt es beim Waschen leicht zu Brüchen und Leistungsabfällen. Ferner bewirkt die elektrische Leitfähigkeit ein unangenehmes Griffgefühl und verursacht Funkenbildungen und ein Schmelzen von Geweben.
Bei einem weiteren Beispiel einer elektrisch leitfähigen Faser handelt es sich um eine Faser, die aus einem Polymeren hergestellt wird, in dem elektrisch leitfähiger Ruß gleichmäßig dispergiert ist. Ein Nachteil dieses Fasertyps besteht im schwierigen Herstellungsverfahren, was auf den darin enthaltenen hohen Anteil an elektrisch leitfähigem Ruß zurückzuführen ist. Es ergeben sich schlechte Ausbeuten und hohe Produktionskosten. Derartige Produkte zeigen sehr schlechte Fasereigenschaften und lassen sich nur unter Schwierigkeiten bei Anwendung eines speziellen Verfahrens herstellen.
Zur Überwindung dieser Probleme wurden neue Vorschläge gemacht. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 3 803 453 eine Verbundfaser vom Mantel-Kern-Typ, bei dem das Kernpolymere einen elektrisch leitfähigen Ruß enthält und der Mantel aus einem üblichen, faserbildenden Polymeren gefertigt ist. Ferner beschreibt JP-44579/1978 eine elektrisch leitfähige Verbundfaser, in der der Kern mit einem Gehalt an einem elektrisch leitfähigen Ruß nur teilweise von einem Mantel bedeckt ist.
Die im genannten US-Patent beschriebene Faser unterliegt einer Beschränkung ihrer Kerngröße (weniger als 50%), um die erforderlichen Fasereigenschaften zu erreichen. Dies führt zu einem dicken Mantel (der nicht leitfähig ist) und einem Kern, der hochgradig mit Ruß gefüllt ist. Das im JP-Patent beschriebene Produkt, das zur Überwindung dieser Schwierigkeit vorgesehen ist, erweist sich als ungünstig in Bezug auf die chemische Beständigkeit und Dauerhaftigkeit und unterliegt einer Kern-Mantel-Trennung, da der Kern nicht vollständig vom Mantel bedeckt ist. Außerdem beschreibt JP-A-152513/1977 eine Verbundfaser mit einer Seite-an-Seite-Konfiguration, die aus einer Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymeren mit einem Gehalt an elektrisch leitfähigem Ruß und aus einer Schicht aus einem nicht-elektrisch leitfähigen Polymeren ohne Ruß zusammengesetzt ist, wobei die beiden Polymeren dem gleichen Typ angehören. Diese elektrisch leitfähige Faser erweist sich ebenfalls als ungünstig in Bezug auf chemische Beständigkeit und Dauerhaftigkeit, da die den elektrisch leitfähigen Ruß enthaltende Schicht selbst an der Faseroberfläche liegt.
Andererseits beschreiben JP-A-147865/1978 und JP-A-34470/1979 eine elektrisch leitfähige Faser, die aus einem faserbildenden Polymeren und einem linearen Polymeren mit einem Gehalt an einer elektrisch leitfähigen organischen Substanz, die streifenartig darin dispergiert ist, zusammengesetzt ist. Diese Faser ist gegenüber Ablösungen und einem Oberflächenabrieb weniger empfindlich und weist eine verbesserte Waschfestigkeit (Dauerhaftigkeit) auf, da die elektrisch leitfähige Komponente eingeschlossen ist.
Der Nachteil dieser Faser besteht in ihrer geringen Festigkeit, die sich daraus ergibt, dass das lineare Polymere mit einem Gehalt an einer organischen, elektrisch leitfähigen Substanz diskontinuierlich in Längsrichtung (ohne einen Beitrag zur Faserfestigkeit zu leisten) im faserbildenden Polymeren, das mit dem linearen Polymeren vollkommen unverträglich ist, dispergiert und zugemischt ist. Ferner unterliegt diese Faser Schwankungen der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit davon, wie das elektrisch leitfähige Polymere dispergiert ist. Dies erschwert die Kontrolle der Herstellungsbedingungen und der Produktqualität. Sofern ein Polymeres mit einem unverträglichen Polymeren vermischt und darin dispergiert wird, ist die dispergierte Komponente nicht vollständig in der Matrixkomponente eingeschlossen, sondern liegt teilweise selbst an der Oberfläche frei. Daher kommt es dazu, dass die dispergierte Komponente (oder das elektrisch leitfähige Polymere) teilweise herausfällt. Ferner ergibt sich für diese Faser eine schlechte Produktivität, da die Produktion an einer übermäßig starken Ballonbildung leidet, die zu einer Verschmutzung der Spinndüsen und zu Faserrissen führt.
Weitere elektrisch leitfähige Verbundfasern sind in JP-A-134117/1979, JP-A-132624/1986 und JP-A-279416/1997 beschrieben. Diese Fasern sind so aufgebaut, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht selbst teilweise an der Faseroberfläche freiliegt. Sie unterliegen bei der Faserherstellung und Faserbearbeitung nur einem geringen Abrieb durch Reibung. Außerdem wird verhindert, dass sich die Komponenten voneinander trennen und die elektrisch leitfähige Komponente herausfällt.
Eine herkömmliche, elektrisch leitfähige Verbundfaser aus einer elektrisch leitenden Polymerschicht und einer nicht-elektrisch leitenden Polymerschicht bereitet keine Schwierigkeiten bei der Herstellung, leidet aber an dem Nachteil, dass die Leitfähigkeit aufgrund von Ablösungen nach längerer Anwendung in Form eines Faserprodukts abnimmt. Die elektrisch leitfähige Verbundfaser wird bei der Verwendung für Kleidungsstücke, wie Uniformen, üblicherweise mit einer normalen Faser vermischt. Derartige textile Verbundwerkstoffe erweisen sich beim Färben nicht als zufriedenstellend, da die elektrisch leitfähige Faser nur eine schlechte Farbechtheit aufweist.
Bei herkömmlichen Techniken zur Herstellung elektrisch leitfähiger Fasern für Kleidungszwecke wurde der lange anhaltenden Leitfähigkeit, der Ablösebeständigkeit der Bestandteile und dem Verhalten bei der Anwendung keine Aufmerksamkeit geschenkt.
Es gibt keine elektrisch leitfähigen Verbundfasern für außerhalb des Kleidungssektors liegende Anwendungen, die hochwertige Eigenschaften aufweisen, wie eine stabile Leitfähigkeit ohne Beeinträchtigung durch die Temperatur (oder durch die Umgebung), eine niedrige Ausgangsspannung, ein hochwertiges antistatisches Verhalten bei angelegten hohen Spannungen, eine sehr geringe Abnahme des antistatischen Verhaltens nach längerem Einsatz und eine Fähigkeit zur kontinuierlichen Erzeugung scharfer Bilder innerhalb einer langen Zeitspanne.
Aufgabe und zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrisch leitfähige Verbundfaser bereitzustellen, die bei der Herstellung oder bei der Verarbeitung zu textilen Werkstoffen keinem Abrieb oder einer Trennung der Komponenten unterliegt, und auch nach längerem Einsatz (in Form eines textilen Werkstoffes) seine anfänglichen hochwertigen Leistungsmerkmale behält.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrisch leitfähige Verbundfaser bereitzustellen, die eine hochwertige Farbechtheit aufweist (ohne Wanderung von Farbe in andere Fasern), wenn sie mit der elektrisch leitfähigen Verbundfaser und einer anderen Faser unter Herstellung eines textilen Verbundgewebes vermischt wird und wenn der textile Werkstoff gefärbt wird.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine elektrisch leitfähige Verbundfaser abgestellt, die eine elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) aus thermoplastischem Polyamid mit 15 bis 50 Gew.-% elektrisch leitfähigem Rußschwarz und einer Polymerschutzschicht (B) aus thermoplastischem Polyamid mit einem Schmelzpunkt von mindestens 170°C enthält, wobei die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) selbst an mindestens drei Stellen der Faseroberfläche längs des Umfangs eines beliebigen Querschnitts freiliegt, so dass die Länge (L₁ μm) eines freiliegenden Teils dem unten angegebenen Ausdruck (1) genügt, wobei die Polymerschutzschicht (B) mindestens 60% des Umfangs des Faserquerschnitts bedeckt und 50 bis 97 Gew.-% zum Fasergesamtgewicht beiträgt und wobei das die Polymerschutzschicht (B) bildende thermoplastische Polyamid aus einer Dicarboxylsäure, in der eine aromatische Dicarboxylsäure mindestens 60 Mol-% beiträgt, und einem Diamin, in dem ein C_6-12-aliphatisches Alkylendiamin mindestens 60 Mol-% beiträgt, synthetisiert ist, 0,1 ≤ L1 ≤ L2/10 (1)(wobei L₂ für die Länge (in μm) eines Querschnittumfangs einer Faser steht).
In einer bevorzugen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die elektrisch leitfähige Schicht (A) wenigstens zwei Arten elektrisch leitfähiger Ruße, die sich in der Ölabsorption so voneinander unterscheiden, dass das Verhältnis der Ölabsorption des ersten Rußes zur Ölabsorption des zweiten Rußes zwischen 1,2 und 25 liegt, und weist einen elektrischen Widerstand R (Ω/cm·f) für eine angelegte Spannung von 100 V auf, wobei R dem nachstehend angegebenen Ausdruck genügt: log R = 7,0 – 11,9 (2)
Die erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Verbundfasern können für Kleidungsstücke (wie Uniformen) sowie für Aufladungsbürsten und/oder antistatisch machende Bürsten verwendet werden, die in Drucker und Kopiergeräte eingebaut werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer Konfiguration der erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Verbundfaser.
2 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer weiteren Konfiguration der erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Verbundfaser.
3 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer weiteren Konfiguration der erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Verbundfaser.
4 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer weiteren Konfiguration der erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Verbundfaser.
5 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer weiteren Konfiguration der erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Verbundfaser.
6 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer weiteren Konfiguration der erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Verbundfaser.
7 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer weiteren Konfiguration der erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Verbundfaser.
8 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer weiteren Konfiguration der erfindungsgemäßen, elektrisch leitfähigen Verbundfaser.
9 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer Konfiguration der elektrisch leitfähigen Verbundfaser von Vergleichsbeispiel 3.
10 ist eine Querschnittansicht zur Darstellung einer Konfiguration der elektrisch leitfähigen Verbundfaser von Vergleichsbeispiel 4.
Beschreibung der bevorzugen Ausführungsformen
Erfindungsgemäß soll die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) als eine Komponente elektrisch leitfähigen Ruß in einer Menge von 15–50 Gew.-% und vorzugsweise von 20–40 Gew.-% enthalten. Bei einem Anteil von weniger als 15 Gew.-% erzeugt der elektrisch leitfähige Ruß nicht die angestrebte Leitfähigkeit, so dass die elektrisch leitfähige Verbundfaser keine zufriedenstellenden, antistatisch ausrüstenden Eigenschaften aufweist. Bei einem Anteil von mehr als 50 Gew.-% nimmt die Wirkung des elektrisch leitfähigen Rußes nicht mehr zu und das den Kern bildende Polymere zeigt eine äußerst schlechte Fließfähigkeit und Spinnbarkeit.
Der elektrisch leitfähige Ruß soll eine solche "Struktur" (kettenartige Struktur von Teilchen) aufweisen, dass sie eine hochwertige elektrische Leitfähigkeit besitzt. Ruß, der aus dispergierten Teilchen besteht, weist eine schlechte elektrische Leitfähigkeit auf. Um ein elektrisch leitfähiges Polymeres zu erzeugen, ist es wichtig, einen elektrisch leitfähigen Ruß ohne Bruch der "Struktur" in einem Grundpolymeren zu dispergieren.
Es wird angenommen, dass die elektrische Leitfähigkeit eines Verbundmaterials mit einem Gehalt an einem elektrisch leitfähigen Ruß auf einer Kontakt- oder Tunnelwirkung zwischen Rußketten beruht, wobei vermutlich die erstgenannte Erscheinung überwiegt. Je länger die Rußketten sind und je höher die Dichte des Rußes in einem Polymeren ist, desto höher ist die elektrische Leitfähigkeit, und zwar aufgrund der starken Möglichkeit, dass Rußteilchen miteinander in Kontakt kommen. Die Erfinder haben festgestellt, dass die elektrische Leitfähigkeit aufgrund von elektrisch leitendem Ruß sehr gering ist, wenn der Rußanteil unter 15 Gew.-% liegt, jedoch bei einem auf 20 Gew.-% steigenden Anteil deutlich zunimmt und bei einem Anteil über 30 Gew.-% nicht mehr zunimmt (verläuft).
Die erfindungsgemäße, elektrisch leitende Verbundfaser soll aus einer elektrisch leitfähigen Schicht (A) und der Schutzschicht (B) in einem bestimmten Verhältnis zusammengesetzt sein. Mit anderen Worten, der erstgenannte Bestandteil soll 3 Gew.-% oder mehr und der letztgenannte Bestandteil 97 Gew.-% oder weniger ausmachen. Ansonsten fehlt es der erhaltenen Verbundfaser an einer stabilen Struktur für den Spinnvorgang. Für den Fall, dass die Verbundfaser eine Mehrzahl von Kernen aufweist, sind die Kerne in Längsrichtung ferner diskontinuierlich. Wenn die elektrisch leitfähige Schicht (A) mehr als 50 Gew.-% ausmacht, so zeigt die erhaltene Verbundfaser eine schlechte Spinnbarkeit und Reckbarkeit, selbst wenn die Polymerschutzschicht (B) hochwertige Faserbildungseigenschaften besitzt.
Elektrisch leitfähiger Ruß beeinträchtigt die Verspinnbarkeit der elektrisch leitfähigen Schicht (A). Wenn die elektrisch leitfähige Schicht (A), die eine schlechte Spinnbarkeit aufweist, mehr als die Hälfte ausmacht, so ergibt sich natürlicherweise eine schlechte Verspinnbarkeit der erhaltenen Verbundfaser. Aus diesem Grund soll das Verhältnis der elektrisch leitfähigen Polymerschicht (A) zur Polymerschutzschicht (B) (A : B) 3 : 97 bis 50 : 50 und vorzugsweise 7 : 93 bis 35 : 65 (bezogen auf das Gewicht) betragen.
Erfindungsgemäß soll die elektrisch leitfähige Verbundfaser so aufgebaut sein, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) teilweise selbst an der Faseroberfläche an drei oder mehr Stellen entlang des Umfangs eines willkürlichen Querschnitts der Faser freiliegt. Die Anzahl derartiger Stellen soll nicht mehr als 10 und vorzugsweise 4 bis 8 betragen. Ferner soll die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) selbst in einem solchen Ausmaß freiliegen, dass die Länge (L₁) eines freiliegenden Teils nicht kleiner als 0,1 μm und nicht größer als L₂/10 ist, gemessen in Umfangsrichtung des Faserquerschnitts, wobei L₂ die Länge (in μm) des Umfangs des Querschnitts der Verbundfaser ist.
Für den Fall, dass die Länge (L₁) kleiner als 0,1 μm ist, obgleich die Anzahl der freiliegenden Teile 3 oder mehr beträgt, oder für den Fall, dass die Anzahl der freiliegenden Teile weniger als 3 beträgt, ergibt die Verbundfaser keine stabile Leitfähigkeit, was darauf zurückzuführen ist, dass eine geringe Wahrscheinlichkeit besteht, dass das elektrisch leitfähige Polymere in Kontakt mit dem Gegenstand kommt, der in Kontakt mit der Verbundfaser steht. Wenn dagegen die Länge (L₁) den Wert (L₂/10) übersteigt, so zeigt die Verbundfaser Schwierigkeiten beim Spinnvorgang und eine schlechte Abriebbeständigkeit. Außerdem kann es dazu kommen, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) und die Polymerschutzschicht (B) sich leicht voneinander lösen und eine schlechte elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Erfindungsgemäß soll die Polymerschutzschicht (B) eine Länge aufweisen, die nicht weniger als 60% und vorzugsweise nicht weniger als 70% der Länge des Umfangs des Faserquerschnitts ausmacht. Ansonsten ergibt sich eine schlechte Beschaffenheit der Verbundfaser in Bezug auf Spinnbarkeit und Festigkeit.
Die Polymerschutzschicht (B) ist dafür wichtig, dass die Verbundfaser eine gute Spinnbarkeit, hochwertige Eigenschaften und eine gute Dauerhaftigkeit aufweist. Die Polymerschutzschicht (B) ist aus einem faserbildenden thermoplastischen Polyamid mit einem Schmelzpunkt von mindestens 170°C gebildet. Dieses thermoplastische Polyamid soll so beschaffen sein, dass es aus einer Dicarbonsäure, in der eine aromatische Dicarbonsäure mindestens 60 Mol-% ausmacht, und einem Diamin, bei dem ein C_6-12-aliphatisches Alkylendiamin mindestens 60 Mol-% ausmacht, zusammengesetzt ist. Dieses Polyamid ist durch eine gute Wärmebeständigkeit (insbesondere unter feuchter Wärme), eine gute Spinnbarkeit und die Fähigkeit zur Bildung von Fasern mit hoher Festigkeit und guter Farbechtheit gekennzeichnet.
Ein Beispiel für die aromatische Dicarbonsäure ist Terephthalsäure, die im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit wünschenswert ist. Zu weiteren Beispielen gehören Isophthalsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäsure, 2,7-Naphthalindicarbonsäure, 1,4-Naphthalindicarbonsäure, 1,4-Phenylendioxydiessigsäure, 1,3-Phenylendioxydiessigsäure, Diphensäure, Dibenzoesäure, 4,4'-Oxydibenzoesäure, Diphenylmethan-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylsulfon-4,4'-dicarbonsäure und 4,4'-Biphenyldicarbonsäure. Diese Säuren können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden. Der Anteil der aromatischen Dicarbonsäure in der Dicarbonsäurekomponente soll mindestens 60 Mol-% und vorzugsweise mindestens 75 Mol-% betragen.
Zu Beispielen für Dicarbonsäuren, die von den vorerwähnten aromatischen Dicarbonsäuren abweichen, gehören aliphatische Dicarbonsäuren (z. B. Malonsäure, Dimethylmalonsäure, Bernsteinsäure, 3,3-Diethylbernsteinsäure, Glutarsäure, 2,2-Dimethylglutarsäure, Adipinsäure, 2-Methyladipinsäure, Trimethyladipinsäure, Pimelinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure und Suberinsäure) und alicyclische Dicarbonsäuren (wie 1,3-Cyclopentandicarbonsäure und 1,4-Cyclohexandicarbonsäure). Diese Säuren können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Ferner können sie in Kombination mit einer Polycarbonsäure (wie Trimellithsäure, Trimesinsäure und Pyromellithsäure) in einer Menge, die den Spinnvorgang nicht beeinträchtigt, verwendet werden.
Erfindungsgemäß soll der Anteil der aromatischen Dicarbonsäure in der Dicarbonsäurekomponente im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und die Fasereigenschaften vorzugsweise 100% betragen.
Erfindungsgemäß soll es sich bei mindestens 60 Mol-% der Diaminkomponente um ein C_6-12-aliphatisches Alkylendiamin handeln. Zu Beispielen für derartige aliphatische Alkylendiamine gehören 1,6-Hexandiamin, 1,8-Octandiamin, 1,9-Nonandiamin, 1,10-Decandiamin, 1,11-Undecandiamin, 1,12-Dodecandiamin, 2-Methyl-1,5-pentandiamin, 3-Methyl-1,5-pentandiamin, 2,2,4-Trimethyl-1,6-hexandiamin, 2,4,4-Trimethyl-1,6-hexandiamin, 2-Methyl-1,8-octandiamin und 5-Methyl-1,9-nonandiamin. Von diesen Beispielen wird 1,9-Nonandiamin im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und die Fasereigenschaften bevorzugt. Diese Komponente kann in Kombination mit 2-Methyl-1,8-octandiamin verwendet werden.
Der Anteil des aliphatischen Alkylendiamins in der Diaminkomponente soll mindestens 60 Mol-%, vorzugsweise mindestens 75% und insbesondere mindestens 90 Mol-% betragen.
Zu Beispielen für Diamine, die von dem vorerwähnten aliphatischen Alkylendiamin abweichen, gehören aliphatische Diamine (wie Ethylendiamin, Propylendiamin und 1,4-Butandiamin), alicylclische Diamine (wie Cyclohexandiamin, Methylcyclohexandiamin, Isophorondiamin, Norbornandimethyldiamin und Tricyclodecandimethylamin) und aromatische Diamine (wie p-Phenylendiamin, m-Phenylendiamin, Xylylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon und 4,4'-Diaminodiphenylether). Diese Komponenten können allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.
Sofern 1,9-Nonandiamin und 2-Methyl-1,8-octandiamin in Kombination als aliphatisches Alkylendiamin verwendet werden, soll ihre Gesamtmenge 60 bis 100 Mol-% der Diaminkomponente ausmachen und das Molverhältnis der erstgenannten Komponente zur letztgenannten Komponente soll 30 : 70 bis 99 : 1 und vorzugsweise 40 : 60 bis 95 : 5 betragen.
Beim erfindungsgemäß verwendeten Polyamid soll es sich um ein Produkt handeln, bei dem die Molekülkette CONH-Einheiten und CH₂-Einheiten in einem Verhältnis von 1/2 bis 1/8 und vorzugsweise von 1/3 bis 1/5 enthält.
Das vorerwähnte Polyamid soll eine innere Viskositat von 0,6–2,0 dl/g, vorzugsweise von 0,6–1,8 dl/g und insbesondere von 0,7–1,6 dl/g (gemessen bei 30°C in konzentrierter Schwefelsäure) aufweisen, so dass sich eine für Spinnvorgänge geeignete Schmelzviskosität ergibt und Fasern mit hochwertigen Eigenschaften und guter Wärmebeständigkeit erhalten werden.
Ferner soll das vorerwähnte Polyamid vorzugsweise Molekülketten aufweisen, deren terminale Gruppen teilweise durch ein Blockierungsmittel blockiert sind. Das Verhältnis von blockierten terminalen Gruppen soll mindestens 10%, vorzugsweise mindestens 40% und insbesondere mindestens 70% betragen.
Das vorerwähnte Polyamid kann nach einem beliebigen bekannten Verfahren, das für kristalline Polyamide geeignet ist, hergestellt werden. Zu Beispielen für derartige Verfahren gehören die Lösungspolymerisation oder Grenzflächenpolymerisation, die von einem Säurechlorid und einem Diamin ausgehen, und eine Schmelzpolymerisation oder Festphasenpolymerisation, die von einer Dicarbonsäure (oder einem Alkylester davon) und einem Diamin ausgehen.
Das vorerwähnte Polyamid haftet gut an der elektrisch leitfähigen Polymerschicht (A), die einen der wichtigen erfindungsgemäßen Bestandteile darstellt. Ferner ist sie gegen eine Grenzflächenablösung beständig und erweist sich im Hinblick auf die Wärmebeständigkeit und Fasereigenschaften als erstrebenswert.
Erfindungsgemäß wird die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) aus einem Polymeren gebildet, das nachstehend näher erläutert wird.
Erfindungsgemäß ist es wichtig, ein thermoplastisches Polyamid als Polymeres, das die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) bildet, zu verwenden. Zu Beispielen für dieses thermoplastische Polyamid gehören Nylon-12, Nylon-11, Nylon-6, Nylon-66 und Nylon-Elastomere. Sie können durch das vorerwähnte Polyamid, das die Schutzschicht (B) bildet, ersetzt werden.
Elektrisch leitfähige Fasern werden üblicherweise in Form von Arbeitskleidungen beim Arbeiten in einer Umgebung, in der statische Aufladungen Explosionen verursachen, oder in Form von Aufladungsbürsten für Kopiergeräte verwendet. Ein wiederholtes Biegen, Strecken und Reiben bei längerem Einsatz kann Schädigungen (z. B. Rissbildung) an der elektrisch leitfähigen Schicht hervorrufen, wodurch die Beseitigung von elektrostatischen Aufladungen beeinträchtigt wird. Es besteht keine Möglichkeit, derartige Schädigungen zu beseitigen, vielmehr ist es erforderlich, die beschädigten Teile kurzfristig auszutauschen.
Die Erfinder haben die Dispersion von elektrisch leitfähigem Ruß in einer Vielzahl von Polymeren untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass Polyamide mit polaren Gruppen hochgradig mit elektrisch leitfähigem Ruß verträglich sind und ihre hohe Fließfähigkeit auch dann behalten, wenn eine große Menge an elektrisch leitfähigem Ruß einverleibt wird. Mit anderen Worten, Polyamide können zu Massen mit guter elektrischer Leitfähigkeit und guter Fließfähigkeit verarbeitet werden. Derartige Verbindungen weisen ferner überlegene mechanische Eigenschaften auf, da eine gute Haftung zwischen dem Polyamid und dem elektrisch leitfähigen Ruß besteht.
Der vorstehende Sachverhalt gilt nur für Polyamide. Polyester erfahren rasch eine Zunahme ihrer Viskosität und verlieren an Fließfähigkeit, wenn ihnen elektrisch leitfähiger Ruß einverleibt wird, selbst wenn der Mischanteil nieder ist. Mit anderen Worten, Polyester können nicht zu einem elektrisch leitfähigen Polymeren verarbeitet werden, das die gewünschten Eigenschaften in Bezug auf elektrische Leitfähigkeit und Verspinnbarkeit aufweist. Polyester sind mit Polyamidharzen nicht konkurrenzfähig.
Im Vergleich zu Polyestern behalten Polyolefine auch nach Einverleibung von elektrisch leitfähigem Ruß eine geringfügig bessere Fließfähigkeit und können somit leicht zu einem elektrisch leitfähigen Polymeren verarbeitet werden. Ungünstigerweise zeigt die erhaltene Masse aber schlechtere mechanische Eigenschaften als Polyamide, da Polyolefine eine schlechte Haftung an elektrisch leitfähigem Ruß zeigen. Daher führt eine Masse aus Polyolefinen zu Schwierigkeiten, wie einem Reißen der elektrisch leitfähigen Polymerschicht bei der Verarbeitung zu Verbundfasern.
Aus dem vorstehend geschilderten Sachverhalt wird der Schluss gezogen, dass sich thermoplastische Polyamide am besten als Polymere zur Verarbeitung zu einer elektrisch leitfähigen Polymerschicht durch Einverleibung eines elektrisch leitfähigen Rußes eignen.
Erfindungsgemäß soll die elektrisch leitfähige Verbundfaser einen elektrischen Widerstand R (Ω/cm·f) aufweisen, der je nach dem Anwendungszweck variiert werden kann. Wenn die elektrisch leitfähige Verbundfaser für Kleidungsstücke oder Aufladungsbürsten einzusetzen ist, soll sie einen elektrischen Widerstand R (Ω/cm·f) bei einer angelegten Spannung von 100 V aufweisen, der dem nachstehenden Ausdruck genügt: log R = 7,0 – 11,9
Insbesondere soll für Aufladungsbürsten ein Wert von R (Ω/cm·f) gegeben sein, dass log R = 8,5 – 11,5 gilt.
Um die Anforderungen für derartige Widerstandseigenschaften erfindungsgemäß zu erfüllen, ist es erstrebenswert, zwei Arten von elektrisch leitfähigen Rußen, die sich bezüglich ihrer Ölabsorption unterscheiden, in Kombination miteinander zu verwenden. Der erste Ruß kann eine Ölabsorption von 130–350 cm³/100 g aufweisen und der zweite Ruß eine Ölabsorption von 15–130 cm³/100 g. Das Verhältnis des erstgenannten Ölabsorptionswerts zum letztgenannten Ölabsorptionswert soll vorzugsweise 1,2 bis 25 betragen. Die Ölabsorption wird bestimmt, indem man die maximale Menge (in cm³) an Leinöl, die von 100 g Ruß absorbiert wird, misst.
Die vorerwähnten beiden Arten von elektrisch leitfähigen Rußen unterscheiden sich auch bezüglich ihres spezifischen Widerstands. Der erste Ruß kann einen spezifischen Widerstand von 10^–3 bis 10² Ω·cm und der letztgenannte Ruß einen spezifischen Widerstand von 10⁰ bis 10⁶ Ω·cm aufweisen.
Das Mischungsverhältnis des erstgenannten Rußes zum letztgenannten Ruß soll vorzugsweise 10 : 1 bis 1 : 10 betragen, so dass das erhaltene Gemisch die angestrebte Leitfähigkeit aufweist.
Die erfindungsgemäße, elektrisch leitfähige Verbundfaser kann auf beliebige, keinen speziellen Beschränkungen unterliegende Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann sie durch Schmelzspinnen und anschließendes Recken mit einer Vorrichtung für Mehrkern-Mantel-Verbundfasern hergestellt werden. Ein üblicher Schmelzspinnvorgang kann durch einen Hochgeschwindigkeitsspinnvorgang ersetzt werden, bei dem die Notwendigkeit des Reckens entfällt. Beim Verfahren zum Schmelzspinnen ist es wichtig, die relativen Positionen der Einlässe für das elektrisch leitfähige Polymere und die Schutzschicht so einzustellen, dass die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) selbst an der Faseroberfläche wunschgemäß freiliegt und das Verhältnis der beiden Polymeren in angemessener Weise gesteuert wird.
Für die erfindungsgemäße, elektrisch leitfähige Verbundfaser mit verbesserter Reckbarkeit ist es erstrebenswert, der Schutzschicht (B) höchstens 5 Gew.-% eines anorganischen feinen Pulvers mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von höchstens 0,5 μm einzuverleiben.
Die erfindungsgemäße, elektrisch leitfähige Verbundfaser, die auf die vorerwähnte Weise hergestellt wird, kann einen Monofilament-Feinheitsgrad aufweisen, der keinen speziellen Beschränkungen unterliegt. Üblicherweise liegt der Feinheitsgrad im Bereich von 2 bis 34 dtex.
Erfindungsgemäß liegt die elektrisch leitfähige Schicht (A) teilweise selbst an der Faseroberfläche frei, so dass sie bei einer durch Reibung erzeugten niedrigen Spannung elektrisch leitfähig ist. Dieser Effekt wird nur erreicht, wenn die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) mit der vorstehend angegebenen Polymerschutzschicht (B) kombiniert ist.
Die erfindungsgemäße Verbundfaser kann einen beliebigen Querschnitt, der keinen speziellen Beschränkungen unterliegt, aufweisen, sofern die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) auf die vorstehend erwähnte Weise freiliegt. Beispiele für Querschnitte sind in den 1 bis 8 dargestellt. Der in 3 dargestellte Querschnitt ist besonders erstrebenswert, da die vier Kernkomponenten in gleichmäßigen Abständen entlang des Umfangs des Querschnitts angeordnet sind und jede Kernkomponente selbst an der Faseroberfläche freiliegt.
Die vorerwähnte elektrisch leitfähige Verbundfaser findet Anwendung als Aufladungsbürste oder als Bürste zur Entfernung von elektrostatischen Ladungen für Kopiergeräte und Drucker, und zwar aufgrund ihrer lang anhaltenden guten antistatisch ausrüstenden Eigenschaften sowie aufgrund ihrer hochwertigen Fasereigenschaften. Sie wird auch auf dem Gebiet von Kleidungen (wie Arbeitskleidung und Uniformen, zur Vermeidung von statischen Aufladungen) verwendet, was auf ihre gute Farbechtheit zurückzuführen ist.
Beispiele
Nachstehend wird die Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf Beispiele, die den Schutzumfang der Erfindung nicht beschränken sollen, beschrieben. Charakteristische Eigenschaften der einzelnen Proben wurden auf die nachstehend angegebene Weise gemessen.
Elektrischer Widerstand R
Eine Probe der elektrisch leitfähigen Verbundfaser (Monofilament) wird zwischen parallelen Klemmelektroden gehalten. Eine Gleichstromspannung von 25–500 V wird an die Probe angelegt. Der durch die Probe fließende Strom wird mit einem Spannungsmesser gemessen. Der elektrische Widerstand der Probe wird gemäß dem Ohmschen Gesetz aus der Spannung und dem bei dieser Spannung fließenden Strom berechnet. Der erfindungsgemäß angegebene elektrische Widerstand wird bei 100 V gemessen.
Ladungsmenge
Eine Probe wird mit einem textilen Werkstoff aus Acrylfasern bei 20°C und 40% relativer Feuchtigkeit gerieben. Die erzeugte Ladungsmenge wird mit einem einfachen Faraday-Meßgerät gemäß JIS L1094 gemessen.
Farbechtheit beim Waschen
Ein Prüfkörper (Abmessungen 100 × 40 mm) wird aus dem unter den in Beispiel 1 angegebenen Bedingungen gefärbten textilen Werkstoff ausgeschnitten. Auf die Oberfläche des Prüfkörpers werden Seite an Seite zwei Stücke Nylongewebe (Abmessungen 50 × 40 mm) genäht. Der Prüfkörper wird gemäß JIS L0844-1997, Methode A-2, gewaschen.

(1) Die Flüssigverschmutzung wird gemäß JIS L0801-9 beurteilt, indem man die nach dem Waschen verbleibende Flüssigkeit, die in einen Porzellanbecher (2 × 4 × 1 cm) gegeben worden ist, betrachtet.
(2) Die Verschmutzung des Nylongewebes wird gemäß JIS L0801-9 beurteilt.

Bewertung von Druckbildern
Ein Kopiergerät mit Gleichstromvorspannung wird mit einer Aufladungsbürste unter einer Testdrehung in Gegenrichtung zur Richtung des Photorezeptors betrieben. Die Druckbilder werden nach Anfangsläufen und fortgesetzten Läufen (10000 Kopien) bewertet. Folgende Bewertungskriterien werden herangezogen:
(1) Bewertung nach Anfangsläufen

O: Die Bilder sind gleichmäßig und klar.
Δ: Die Bilder weisen einige Spuren aufgrund einer anormalen Entladung auf.
X: Die Bilder sind verschwommen mit offensichtlichen Streifen.

(2) Bewertung nach Dauerlauf

O: Die Bilder sind gleichmäßig und klar, wie nach den Anfangsläufen.
Δ: Die Bilder weisen einige Spuren von anormaler Entladung auf.
X: Die Bilder sind unscharf mit offensichtlichen Streifen.

Referenzbeispiele 1 und 2
Herstellung eines thermoplastischen Polyamids

Die folgenden Ausgangsmaterialien wurden in einen 20 Liter fassenden Autoklaven gegeben.

Terephthalsäure:	19,5 Mol
1,9-Nonandiamin:	10,0 Mol
2-Methyl-1,8-octandiamin:	10,0 Mol
Benzoesäure:	1,0 Mol
Natriumhypophosphit-monohydrat:	0,06 Mol (0,1 Gew.-% der Ausgangsmaterialien)
Destilliertes Wasser:	2,2 Liter

Die Atmosphäre im Autoklaven wurde durch Stickstoff verdrängt. Der Autoklaveninhalt wurde 30 Minuten bei 100°C gerührt. Sodann wurde die Temperatur im Autoklaven innerhalb von 2 Stunden auf 210°C erhöht, wobei innerhalb der gleichen Zeitspanne der Druck im Autoklaven auf 22 kg/cm² (2,16 × 10⁶ Pa) gesteigert wurde. Die Umsetzung wurde 1 Stunde bei diesen Temperatur- und Druckbedingungen fortgesetzt. Sodann wurde die Temperatur auf 230°C erhöht. Diese Temperatur wurde 2 Stunden aufrechterhalten. Sodann wurde die Umsetzung bei einem konstanten Druck von 22 kg/cm² (2,16 × 10⁶ Pa) fortgesetzt, wobei dieser Druck durch Entfernen von Dampf aus dem Autoklaven aufrechterhalten wurde. Anschließend wurde der Druck innerhalb von 30 Minuten auf 10 kg/cm² (9,81 × 10⁵ Pa) verringert. Die Umsetzung wurde 1 Stunde bei diesem Druck fortgesetzt. Auf diese Weise erhielt man ein Präpolymeres. Dieses Präpolymere wurde 12 Stunden unter vermindertem Druck bei 100°C getrocknet. Das erhaltene Produkt wurde zu Teilchen von weniger als 2 mm zerkleinert.
Das zerkleinerte Produkt wurde 10 Stunden einer Festphasenpolymerisation bei 230°C und 0,1 mmHg (13,3 Pa) unterzogen. Auf diese Weise erhielt man ein angestrebtes Polyamid mit einer inneren Viskosität von 0,9 und einem CONH/CH₂-Verhältnis von 1/3,9, wie in Tabelle 1 angegeben ist.
Tabelle 1
Beispiel 1
Dieses Beispiel belegt das Verhalten einer elektrisch leitfähigen Verbundfaser aus einer elektrisch leitfähigen Polymerkomponente (A) und einer Polymerschutzkomponente (B). Bei der Komponente (A) handelt es sich um Nylon-6 mit einem Gehalt an 35 Gew.-% eines elektrisch leitfähigen Rußes (mit einem Ölabsorptionswert von 115 cm³/100 g). Bei der Komponente (B) handelt es sich um das thermoplastische Polyamid (PA9MT), das in Referenzbeispiel 1 erhalten worden ist, dessen Eigenschaften in Tabelle 1 angegeben sind. Die Komponenten A und B wurden in einem Gewichtsverhältnis von 13/87 zu einer Verbundfaser vom Kern-Mantel-Typ mit dem in 3 dargestellten Querschnitt versponnen. (Diese Verbundfaser weist 4 Kerne auf, die an der Faseroberfläche freiliegen.) Dem Spinnvorgang schloss sich ein Reckvorgang an. Auf diese Weise wurde die angestrebte, elektrisch leitfähige Verbundfaser mit einem Feinheitsgrad von 25 Denier/4f (27,8 dtex/4f) und einem L2-Wert von 88 μm (Länge des Umfangs des Querschnitts eines Filaments) erhalten. Beim Spinnvorgang traten keine Schwierigkeiten auf. Die auf diese Weise erhaltene, elektrisch leitfähige Verbundfaser weist eine elektrisch leitfähige Schicht (A) auf, die gleichmäßig kontinuierlich in axialer Richtung der Faser verläuft. Die elektrisch leitfähige Faser (A) liegt an vier Stellen der Faseroberfläche frei. Die Länge (L₁) der einzelnen freiliegenden Teile beträgt 0,6 μm in Umfangsrichtung des Querschnitts der Faser. Mit anderen Worten, die Verbundfaser weist L₁- und L₂-Werte auf, die der folgenden Beziehung genügen: 0,1 ≤ L₁ ≤ L₂/10. Ferner weist die Verbundfaser in unveränderter Weise einen elektrischen Widerstand von 2 × 10⁸ Ω/cm·f (log R = 8,3) bei 100 V auf. Sie zeigt bei der angelegten Spannung eine gute elektrische Leitfähigkeit.
Die auf diese Weise erhaltene Verbundfaser wurde mit Polyester/Baumwoll-(65/35)-Mischgarn bedeckt. Ein 2/1-Köpergewebe (80 Kettfäden/Zoll und 50 Schussfäden/Zoll) wurde aus dem Polyester/Baumwoll-(65/35)-Mischgarn mit einer Baumwoll-Garnzahl von 20 S/2 gewebt, wobei es sich bei einem Schussfasen pro 80 Kettfäden um das vorerwähnte bedeckte Garn handelte. Polyester und Baumwolle im Twillgewebe wurden nacheinander auf die folgende Weise gefärbt. (1) Färben des Polyesters Färben

Dispersionsfarbstoff: Dianix Blue BG-FS 3% omf

Dispergiermittel: Disper TL 1 g/Liter Essigsäure (50%) 0,5 cm³/Liter

Badverhältnis: 1 : 50

Färbetemperatur × Zeit: 130°C × 40 Minuten

Reduktionsklärung

Hydrogensulfit 1 g/Liter

NaOH 1 g/Liter

Amiladin D 1 g/Liter
Dem Reduktionsklärvorgang schloss sich ein Waschvorgang mit kaltem Wasser an. (2) Färben der Baumwolle Färben

Reaktivfarbstoff: Sumifix Supra BRF 150% gran: 2% omf

Natriumsulfat: 40 g/Liter

Badverhältnis: 1 : 50
Der textile Werkstoff wird 20 Minuten bei 30°C im Bad gehalten.
Anschließend wird die Badtemperatur innerhalb von 20 Minuten auf 70°C erhöht. Nach 20-minütigem Stehenlassen bei 70°C wird das Bad mit Na₂CO₃ (20 g/Liter) versetzt. Der Färbevorgang wird 20 Minuten durchgeführt. Eine Seifenbehandlung mit Marseiller-Seife (2 g/Liter) und Na₂CO₃ (2 g/Liter) wird 20 Minuten bei 90°C durchgeführt. Der Färbevorgang wird durch Waschen mit kaltem Wasser beendet.
Es wurde festgestellt, dass das Gewebe eine Ladung von 3,5 μC/m² aufwies. Nach 2-jährigem Tragen und wiederholtem Waschen (etwa 250-mal) wies das Gewebe eine Ladung von 4,8 μC/m² auf. Dies zeigt, dass das Gewebe gute antistatische Eigenschaften und eine hochwertige Dauerhaftigkeit aufweist; vergl. die Tabellen 2 und 3. Es genügt den Anforderungen bezüglich der Standardwerte (weniger als 7 μC/cm²) in "Recommended Practice for Protection Against Hazards Arising out of Static Electricity in General Industries" des Technology Institute of Industrial Safety.
Beispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Polymerschutzkomponente (B) durch das thermoplastische Polyamid (PA9T) von Tabelle 2, das gemäß Referenzbeispiel 2 hergestellt worden war, ersetzt wurde. Dieses Polymere wies eine gute Verspinnbarkeit auf und das erhaltene Gewebe zeigte ein gutes antistatisches Verhalten und eine gute Dauerhaftigkeit, wobei die Ladungsmenge (zu Beginn und nach 250 Waschvorgängen) den Anforderungen für Standardwerte genügte; vergl. die Tabellen 2 und 3.
Beispiele 3 bis 5
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass das Verhältnis (A/B) und/oder die Länge des freiliegenden Teils gemäß den Angaben in den Tabellen 2 und 3 abgeändert wurden. Das Polymere wies eine gute Verspinnbarkeit auf. Das erhaltene Gewebe wies ein gutes antistatisches Verhalten und eine gute Dauerhaftigkeit auf, wobei die Ladungsmenge (zu Beginn und nach 250 Waschvorgängen) den Anforderungen für Standardwerte genügte; vergl. die Tabellen 2 und 3.
Beispiele 6 bis 8
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass der Querschnitt der Faser gemäß den Angaben in 1 (Beispiel 6), 6 (Beispiel 7) und 2 (Beispiel 8) abgeändert wurden. Das Polymere wies eine gute Verspinnbarkeit auf. Das erhaltene Gewebe wies ein gutes antistatisches Verhalten und eine gute Dauerhaftigkeit auf, wobei die Ladungsmenge (zu Beginn und nach 250 Waschvorgängen) den Anforderungen für Standardwerte genügte; vergl. die Tabellen 2 und 3.
Beispiele 9 und 10
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Polymerschutzschicht mit 2,0 Gew.-% feinem SiO₂-Pulver (in Beispiel 9) versetzt wurde oder das elektrisch leitfähige Matrix-Polymere durch Nylon-12 (in Beispiel 10) ersetzt wurde. Das Polymere wies eine gute Verspinnbarkeit auf. Das erhaltene Gewebe zeigte ein gutes antistatisches Verhalten und eine gute Dauerhaftigkeit, wobei die Ladungsmenge (zu Beginn und nach 250 Waschvorgängen) den Anforderungen für Standardwerte genügte; vergl. die Tabellen 2 und 3.
Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Elektrisch leitfähige Verbundfasern wurden gemäß den Tabellen 2 und 3 auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Verbundfasern zeigten eine schlechte Dauerhaftigkeit in Bezug auf antistatisches Verhalten und eine schlechte Verspinnbarkeit; vergl. die Tabellen 2 und 3.
Beispiel 11
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die elektrisch leitfähige Polymerkomponente (A) durch Nylon 6 ersetzt wurde, dem 35 Gew.-% von zwei Arten von elektrisch leitfähigem Ruß, die sich bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeit unterschieden, einverleibt wurde (ein Ruß wies einen Ölabsorptionswert von 180 cm³/100 g und der andere Ruß einen Ölabsorptionswert von 80 cm³/100 g auf, wobei das Mischungsverhältnis des erstgenanten Rußes zum letztgenannten Ruß 2/1 betrug). Es wurde eine elektrisch leitfähige Verbundfaser mit einem Feinheitsgrad von 25 Denier/4f (27,8 dtex/4f) erhalten, wobei der L2-Wert 88 μm betrug (Umfangslänge des Querschnitts eines Filaments). Das Polymere zeigte eine gute Verspinnbarkeit. Die erhaltene elektrisch leitfähige Verbundfaser wies eine elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) auf, die in Richtung der Faserachse kontinuierlich verlief. Die elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) lag an der Faseroberfläche frei. Die Anzahl der freiliegenden Teile betrug 4. Die Länge (L₁) der einzelnen freiliegenden Teile betrug 0,6 μm. Somit erfüllt die Verbundfaser die Bedingung 0,1 ≤ L₁ ≤ L₂/10. Ferner wies die Verbundfaser einen elektrischen Widerstand von 1 × 10⁹ Ω/cm·f (oder log R = 9,0) bei 100 V auf. Mit anderen Worten, sie wies bei der angelegten Spannung eine gute Leitfähigkeit auf.
Die auf diese Weise erhaltene elektrisch leitfähige Verbundfaser wurde zu einem Velour mit einer Dichte von 50000 Fasern/in² verarbeitet. Dieser Velour wurde als leitfähige Bürste für eine Kopiermaschine verwendet. Sie ergab hochwertige Druckbilder, die frei von Spuren aufgrund einer anormalen Entladung waren. Sie wies eine gute Dauerhaftigkeit auf und ergab auch nach 10000 Läufen hochwertige Druckbilder. Bezüglich Zusammensetzung, Faserform, Verspinnbarkeit, elektrischen Widerstand und Bildbewertung wird auf die Tabellen 2 und 3 verwiesen.
Beispiele 12 bis 14
Das Verfahren von Beispiel 11 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass hinsichtlich des Rußes, des Ruß-Mischverhältnisses und der Menge an Ruß, die dem Matrix-Polymeren zugesetzt wurde, Veränderungen vorgenommen wurden. Das erhaltene Polymere zeigte eine gute Verspinnbarkeit. Das aus der Verbundfaser hergestellte Gewebe ergab gute Druckbilder; vergl. die Tabellen 2 und 3.
Vergleichsbeispiele 5 und 6
Proben einer elektrisch leitfähigen Verbundfaser wurden gemäß den Angaben in Tabelle 2 hergestellt. Daraus hergestellte Aufladungsbürsten ergaben schlechte Druckbilder (Bewertung auf die gleiche Weise wie in Beispiel 11).
Wirkung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine elektrisch leitfähige Verbundfaser bereit, die auf spezielle Weise aus einem Polyamid mit einem Gehalt an einer bestimmten Menge eines elektrisch leitfähigen Rußes und einem thermoplastischen Polyamid mit einer bestimmten Zusammensetzung gebildet ist. Die Verbundfaser findet Anwendung für Bekleidung und Aufladungsbürsten für Kopiergeräte. Diese Produkte zeigen beim praktischen Einsatz über lange Zeitspannen hinweg ein hochwertiges antistatisches Verhalten. Ferner weist die Verbundfaser eine gute Farbechtheit auf und bewirkt beim Färben mit anderen Fasern keine Farbwanderung.

Claims

Elektrisch leitfähige Verbundfaser, die eine elektrisch leitfähige Polymerschicht (A) aus thermoplastischem Polyamid mit 15 bis 50 Gew.-% elektrisch leitfähigem Rußschwarz und eine Polymerschutzschicht (B) aus thermoplastischem Polyamid mit einem Schmelzpunkt von mindestens 170°C enthält, wobei die elektrische leitfähige Polymerschicht (A) selbst an mindestens 3 Stellen der Faseroberfläche längs des Umfangs eines beliebigen Querschnitts freiliegt, so daß die Länge (L₁ μm) eines freiliegenden Teils dem unten angegebenen Ausdruck (1) genügt, die Polymerschutzschicht (B) mindestens 60% des Umfangs des Faserquerschnitts bedeckt und 50 bis 97 Gew.-% zum Fasergesamtgewicht beiträgt und das die Polymerschutzschicht (B) bildende thermoplastische Polyamid aus einer Dicarboxylsäure, in der eine aromatische Dicarboxylsäure mindestens 60 Mol-% beiträgt, und einem Diamin, in dem ein C_6-12-aliphatisches-Alkylendiamin mindestens 60 Mol-% beiträgt, synthetisiert ist. 0,1 ≤ L1 ≤ L2/10 (1)(wobei L₂ für die Länge (in μm) eines Querschnittsumfangs einer Faser steht.)
Elektrisch leitfähige Verbundfaser nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitfähige Schicht (A) wenigstens zwei Arten elektrisch leitfähiger Rußschwarze enthält, die sich in der Ölabsorption unterscheiden, und einen elektrischen Widerstand R (Ω/cm·f) für eine angelegte Spannung von 100 V aufweist, wobei R dem unten angegebenen Ausdruck genügt. log R = 7,0 bis 11,9 (2)
Elektrisch leitfähige Verbundfaser nach Anspruch 2, wobei die elektrisch leitfähige Schicht (A) zwei Arten elektrisch leitfähiger Rußschwarze aufweist, die in der Ölabsorption so voneinander abweichen, daß das Verhältnis der Ölabsorption des ersten Rußschwarz zu der Ölabsorption des zweiten Rußschwarz zwischen 1,2 und 25 beträgt.
Elektrisch leitfähige Verbundfaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polymerschutzschicht (B) höchstens 5 Gew.-% anorganisches Feinpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von höchstens 0,5 μm enthält.