JP2003278031A

JP2003278031A - 高耐久性導電性繊維

Info

Publication number: JP2003278031A
Application number: JP2002074639A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoki Mori; 義斉森; Yasuki Kobayashi; 靖希小林; Masayuki Sato; 正幸佐藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性カーボンブラックを熱可塑性ポリマーに
含有せしめた導電ポリマーと繊維形成性熱可塑性ポリマ
ーとを複合紡糸し、導電性カーボンブラック含有量、保
護ポリマーの繊維表面周長占有率、繊維横断面積占有
率、２成分の接合面距離および導電ポリマーの繊維横断
面上の等配数を適正なものとすることにより、優れた除
電効果と除電効果耐久性さらには製糸・加工安定性を有
する導電性繊維を得ることができる。【解決手段】導電性カーボンブラックを１５〜５０重量
％含有する熱可塑性ポリマーからなる導電ポリマーＡ
と、繊維形成性熱可塑性ポリマーからなる保護ポリマー
Ｂとが複合されており、導電ポリマーＡは繊維横断面上
に少なくとも４等配され、保護ポリマーが繊維表面周長
の８０％以上９８％以下を占有し、繊維横断接合面距離
が導電ポリマーの繊維表面露出長の３倍以上であること
を特徴とする導電性繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、除電性能に優れた複合繊維に関するものであ
り、更に詳しくは、製糸性・加工性に優れ、かかる複合
繊維は全体としては導電性カーボンブラックの含有量が
少量であるにも関わらず優れた制電性能を有し、通常の
非導電性繊維に当該複合繊維を０．０１〜１０重量％添
加するだけで優れた除電性能を有する布帛が得られる導
電性繊維に関するものである。

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】

【従来の技術】従来から除電性能の優れた繊維としての
導電性繊維については、種々の提案がなされており、例
えば導電性を有さない繊維の表面に金属メッキして導電
性を付与せんとしたものや、導電性カーボンブラックを
樹脂やゴム類に分散させた後、これを繊維表面にコート
することによって導電性被覆層を形成せしめたもの等が
ある。しかし、これらは製造工程が複雑化して技術的に
困難な方法によって得られたものであったり、導電性繊
維を実用に供するため準備段階、例えば製織編のための
精練工程での薬品処理や実際の使用における摩耗や繰り
返し洗濯といった外的な作用によって導電性が容易に低
下し、実用の域を脱してしまうという問題があった。他
の導電性繊維として、スチール繊維の様な金属繊維が除
電性能の優れたものとして知られているが、金属繊維は
コストが高く、しかも一般の有機素材とはなじみ難く、
紡績性不良となったり、製織・染色仕上げ工程でのトラ
ブルの原因となったり、着用時の洗濯による断線・脱落
が生じやすく、さらには通電性に基づく感電・スパーク
の問題、布帛の溶融トラブル等の原因となっていた。ま
た、別のタイプの導電性繊維として、導電性カーボンブ
ラックを均一分散させたポリマーを繊維化する方法が提
案されているが、カーボンブラックを多量に含有するた
めに繊維の製造が難しく、コスト高であり、且つ繊維物
性が著しく低下し、特殊な工程を用いる以外に製品化が
困難であるという問題があった。これらの問題を解決せ
んとする提案として、例えば米国特許第３８０３４５３
号公報にあるごとく、芯鞘複合タイプの芯成分ポリマー
に導電性カーボンブラックを含有させ、それを通常の繊
維形成性ポリマーからなる鞘で包み込もうという方法で
ある。この場合、繊維性能を保つため芯部を５０％以下
にする必要があり、そのため非導電性の鞘が厚く包囲し
ているため、低カーボン含有量では十分な性能が発揮さ
れない。さらに特開昭５２−１５２５１３号公報では、
導電性カーボンを含む導電性ポリマー層とそれと同じポ
リマーで導電性カーボンを含まない非導電性ポリマー層
とを多層状に張りあわせた繊維が、上記単一の芯鞘型導
電性繊維の除電性能向上と成分層間の剥離紡防止を中心
とした耐久性向上を目的として提案されているものの、
この場合もやはり導電性カーボンブラックを含む層が表
面に露出しすぎているため、耐薬品性、耐久性の向上は
認められない。

【０００３】一方、特開昭５３−１４７８６５号公報や
特開昭５４−３４４７０号公報においては、有機導電性
物質を含有する線状重合体を繊維形成性重合体内に筋状
分散せしめた導電性繊維が提案されているが、これらに
おいては導電性成分が繊維表面ではなく、内部に入って
いるために剥離、表面摩擦、洗濯などの耐久性が向上す
るというものである。しかし、この場合、有機導電性物
質を含有する線状重合体はそれと全く相溶性のない繊維
形成性重合体に筋状分散つまり、長さ方向へは非連続状
態で分散混合しているわけで、繊維強度には全く寄与し
ないため繊維強度の低下は避けることが出来ない。ま
た、最も重要な繊維性能である導電性が筋状分散によっ
て変化するため、製造条件、製品品質の管理が非常に難
しい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決し、製糸性・加工性に優れ、通常の非導電性繊維に
当該複合繊維を０．０１〜１０重量％添加するだけで優
れた除電性能を有する布帛が得られる導電性繊維を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明は、導電性カーボンブラックを１５〜４０重量
％含有する熱可塑性ポリマーからなる導電ポリマーＡ
と、繊維形成性熱可塑性ポリマーからなる保護ポリマー
Ｂとが複合されており、導電ポリマーＡは繊維横断面上
に少なくとも４等配され、保護ポリマーが繊維表面周長
の８０％以上９８％以下を占有し、繊維横断面積の７０
％以上９５％以下を形成し、導電ポリマーＡと保護ポリ
マーＢの接合面距離が導電ポリマーの繊維表面露出長の
３倍以上であることを特徴とする導電性繊維である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【０００７】本発明において、Ａ成分に含まれる導電性
カーボンブラックの量は１５〜４０重量％、好ましくは
２０〜３５重量％である。導電性カーボンブラックの含
有量が１５重量％より少ない場合には十分な除電性能は
発揮されない。一方、４０重量％を超える場合では、ポ
リマー流動性が著しく低下して製糸性が極端に悪化する
ので好ましくない。

【０００８】本発明において、通常用いる導電性カーボ
ンブラックは１０^-3〜１０²Ω・ｃｍの固有電気抵抗を
有するものが良い。周知の如く、カーボンブラックは完
全に粒子分散をしている場合は一般に導電性が不良であ
って、ストラクチャーと呼ばれる連鎖構造をとると導電
性が向上して導電性カーボンブラックと言われるものに
なる。従って、導電性カーボンブラックによって、ポリ
マーを導電化するにあたっては、このストラクチャーを
破壊しないでカーボンブラックを分散させることが肝要
となる。そして、導電性カーボンブラック含有複合体の
電気伝導メカニズムとしては、カーボンブラック連鎖の
接触によるものとトンネル効果によるものが考えられる
が、前者の方が主と考えられる。従って、カーボンブラ
ックの連鎖が長く高密度ポリマー中に存在する方が接触
確率大となり、高導電性となる。本発明者らの検討結果
では、導電性カーボンブラック含有量１５重量％未満で
は殆ど効果がなく、２０重量％になると急激に導電性が
向上し、３０重量％を超えるとほぼ飽和する。

【０００９】本発明におけるＡ成分として用いる熱可塑
性ポリマーは、特に限定するものではないが、ポリエチ
レンテレフタレートである保護ポリマーＢとの複合安定
性や製糸性を考慮した場合、ポリエステル系熱可塑性エ
ラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマーを用い
ることが好ましい。

【００１０】本発明における導電ポリマーＡは、繊維横
断面上に少なくとも４等配されているものである。本発
明の繊維は例えば作業服や防塵衣あるいは学生服など耐
久性のある制電性が強く要求される分野で使用するもの
であるが、本発明のように導電ポリマーと保護ポリマー
とを複合した導電繊維の場合、前記製品での長期連続使
用における導電ポリマーの脱落により徐々に除電効果が
低下していく。本発明者らの検討結果では、長期連続使
用における除電効果の低下を抑制するためには、導電ポ
リマーＡを繊維横断面上に少なくとも４等配する必要が
あり、好ましくは４〜６等配である。なお、本発明にお
ける等配とは、繊維横断面において、導電ポリマーＡの
等配数をｎ、繊維表面周長をＲとしたときに、隣接する
導電ポリマ成分を０．７Ｒ／ｎ〜０．９５Ｒ／ｎの間隔
で配置することを意味するものであり、例えば繊維表面
周長が１ｍｍで導電ポリマーＡを４等配する場合は、導
電ポリマーＡの間隔は０．１７５〜０．２３７５ｍｍの
範囲となる。

【００１１】本発明における保護ポリマーＢは、繊維表
面周長の８０％以上９８％以下を占有するものである。
導電性カーボンブラックを高含有練り込まれた樹脂は、
たとえマトリックスとなる樹脂が十分な繊維形成性を有
していたとしても、紡糸性および延伸性が不良で、単独
での繊維化は難しく、保護ポリマーとの複合化により製
糸性・高次加工性を維持するのが好適である。しかしな
がら、導電成分を完全に保護ポリマー層で被覆してしま
い芯鞘構造化してしまうと、本発明の重要な目的である
優れた導電性が発揮されない。また、導電成分を過多に
露出してしまうと、製糸工程・高次加工工程における変
質や劣化、脱落がカーボンブラック含有導電ポリマー層
に発生してしまう。これらの点から、保護ポリマーＢが
繊維表面周長の８０％以上９８％以下を占有することが
必要であり、好ましくは９０％以上９５％以下である。

【００１２】本発明において、保護ポリマーＢが繊維横
断面積の９５％を超えて多くなり、導電ポリマーＡが５
％未満になると、安定した複合構造として紡糸するのが
困難になる。特に導電ポリマーを糸横断面方向に分散さ
せて複合する場合には、繊維長さ方向に導電ポリマーの
連続層を得るのが困難になる。一方、導電ポリマーＡが
繊維横断面積の３０％を超えると、非導電性の保護ポリ
マーＢが十分繊維形成性を有していたとしても、前述し
たように複合した系の紡糸性、延伸性、さらには繊維物
性が極端に低下し実用性は全く失われてしまう。従っ
て、導電ポリマーＡと保護ポリマーＢとの繊維横断面積
比率はＡ：Ｂ＝５：９５〜３０：７０であり、好ましく
は１０：９０〜２０：８０である。

【００１３】本発明における導電ポリマーＡと保護ポリ
マーＢの接合面距離は、導電ポリマーＡの繊維表面露出
長の３倍以上である。本発明では、導電ポリマーＡを適
正範囲内で繊維表面に露出させて、優れた除電性能を繊
維に付与するものであるが、この際、導電ポリマーＡと
保護ポリマーＢとの接合面距離が導電ポリマーＡの繊維
表面露出長に対して過少になると、成分剥離が発生しや
すくなり紡糸性および延伸性が著しく低下する。好まし
くは、導電ポリマーＡと保護ポリマーＢの接合面距離
は、導電ポリマーＡの繊維表面露出長の５倍以上であ
る。

【００１４】本発明に用いる保護ポリマーは、繊維形成
性熱可塑性ポリマーであれば、特に限定するものではな
いが、Ｂ成分は本発明繊維の繊維化の際の良好な工程通
過性を維持するために重要な役割を担っているため、曳
糸性の劣るポリマーは不適切である。好ましくは、ポリ
エステルかポリアミドであり、ポリエステルとしては、
繰り返し単位の８０モル％以上がエチレンテレフタレー
トであるポリエチレンテレフタレート、繰り返し単位の
８０モル％以上がブチレンテレフタレートであるポリブ
チレンテレフタレート、繰り返し単位の８０モル％以上
がトリメチレンテレフタレートであるポリトリメチレン
テレフタレートが好ましく、また、これらにテレフタル
酸、イソフタル酸、ナフタレン２，６−ジカルボン酸、
フタール酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸などの
芳香族ジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸などの脂
肪族ジカルボン酸などを本来ポリエステルホモポリマー
の有する繊維形成性を損なわない程度に共重合させても
良い。また、ポリアミドとしては、ナイロン６、ナイロ
ン６６、ナイロン１２、メタキシレンジアミンナイロン
などであり、少量の第３成分を含むポリアミドでも良
い。

【００１５】本発明の導電性複合繊維は、単糸繊度が
４．０デシテックス以上であることが好ましい。単糸繊
度を４．０デシテックス以上とすることで、通常の非導
電性繊維に導電性複合繊維を０．０１〜１０重量％の少
量添加して布帛加工した場合でも十分な徐電性能が得ら
れる。

【００１６】本発明の導電性複合繊維は、通常の複合繊
維の製造方法をそのまま用いることができ、特に限定す
るものではなく、複合紡糸した未延伸糸を一旦巻き取っ
た後に加熱延伸する方法を採用しても良く、複合紡糸し
た未延伸糸を一旦巻き取ること無く、加熱延伸する直接
紡糸延伸法を採用しても良い。

【００１７】

【実施例】以下本発明を実施例により詳細に説明する。
なお、実施例中における製糸操業性、体積抵抗率、加工
安定性は以下の通りである。１．製糸操業性通常の複合紡糸機にて、１，０００ｋｇの未延伸糸を巻
き取った後に、通常の延伸機にてボビンに０．５ｋｇの
延伸糸を巻き取り、１，０００ｋｇの未延伸糸に対する
製品収率で以下の通り判定し、○および△を合格とし
た。

【００１８】９５％以上：○、８０〜９４％：△、７９％以下：× ２．体積抵抗値単糸５本を束ねて両端に０．５ｍｍ四方のアルミ泊を導
電性接着剤で接着し、１ｋＶの直流電圧を印可して抵抗
値を測定し、それから算出した体積抵抗値（Ωｃｍ）で
評価した。３．加工安定性得られた繊維をポリエステル（ポリエチレンテレフタレ
ート）／綿＝６５／３５の混紡糸でカバーリングし、ポ
リエステル（ポリエチレンテレフタレート）／綿＝６５
／３５、綿番手２０Ｓ／２の経糸に８０本に１本の割合
で打ち込んでタテ８０本／ｉｎヨコ５０本／ｉｎの２／
１ツイル織物とした。この際の、ポリエステル／綿混紡
糸でのカバーリングを行う際の、導電繊維の給糸ガイド
および糸道での毛羽・糸切れ発生頻度（導電繊維の給糸
長１００，０００ｍ当たり）で評価し、○および△を合
格とした。５回：○、６〜１０回：△、１１回以上：× 実施例１導電ポリマー成分として、ハードセグメントとソフトセ
グメントよりなる熱可塑性エラストマーとしては水素添
加されたＳＩＳを使用した。これに導電性カーボンブラ
ック１５重量％含有させたものを導電ポリマーＡとし、
保護ポリマーＢにはポリエチレンテレフタレートを用
い、導電ポリマーＡを繊維横断面上に４等配し、保護ポ
リマーＢの繊維周長占有率が８０％、繊維横断面積占有
率が７０％、ポリマーＡの繊維表面露出長に対する接合
面距離の比が３倍となるように複合紡糸し、その後延伸
を実施し２５デシテックス５フィラメントの導電性複合
繊維を得た。製糸操業性としては、製品収率８８．５％
で生産可能なレベルであった。得られた繊維の体積比抵
抗値は５．５×１０²Ωｃｍであり、これを用いた織物
における除電効果は問題なく、カバーリング加工時の毛
羽・糸切れ発生回数は９回と生産可能なレベルであっ
た。さらに該織物を１０００回洗濯した後に、該導電繊
維を抜糸して再度体積比抵抗値を測定した結果、若干比
抵抗値は高くなっているが、１０²Ωｃｍレベルを保持
しており、耐久性も問題無かった。

【００１９】実施例２〜５実施例２〜５については、カーボンブラック含有量、導
電ポリマーＡの等配数、保護ポリマーＢの繊維表面周長
占有率、繊維横断面積占有率、およびポリマーＡの繊維
表面露出長に対する２成分の接合面距離の比を変更して
実施例１と同様の方法で複合繊維を得た。実施例２では
製品収率８１．２％、カバーリング加工時の毛羽・糸切
れ７回と何れも生産可能なレベルであり、体積比抵抗値
は洗濯１０００回後も１０²Ωｃｍレベルを保持してお
り、耐久性も問題無く、優れた除電効果を有していた。
実施例３〜５はいずれも製品収率９５％以上であり、安
定した製糸操業性であり、体積比抵抗値は洗濯１０００
回後も１０²Ωｃｍレベルを保持しており、耐久性も高
く、非常に優れた除電効果を有していた。なお、実施例
４については、カバーリング加工時の毛羽・糸切れが６
回であったが、加工性としては問題無いレベルであっ
た。

【００２０】比較例１導電ポリマーＡ中のカーボンブラック含有量を１０重量
％としたこと以外、実施例１と同様の方法で複合糸を得
た。得られた繊維の体積比抵抗値は１３２．１×１０²
Ωｃｍであり、除電効果は低く、目的とする導電繊維と
は言えないレベルであった。

【００２１】比較例２導電ポリマーＡを繊維横断面上に２等配とし、ポリマー
Ａの繊維表面露出長に対する２成分の接合面距離の比を
５倍としたこと以外、実施例２と同様の方法で複合繊維
を得た。得られた繊維の体積比抵抗値は５．１×１０²
Ωｃｍであり、十分な除電効果を有していたが、洗濯１
０００回後には８９．９×１０²Ωｃｍまで比抵抗値は
高くなり、除電効果が著しく低下した。

【００２２】比較例３導電ポリマーＡを繊維横断面上に４等配とし、保護ポリ
マーＢの繊維表面周長占有率を７０％、繊維横断面積占
有率を９０％とし、実施例３と同様の方法で複合繊維を
得た。得られた繊維の除電効果および耐久性に関しては
優れた性能を有していたが、製品収率が７４．９％であ
り実際生産は不可能なレベルであった。

【００２３】比較例４導電ポリマーＡを繊維横断面上に４等配として、保護ポ
リマーＢが繊維表面周長占有率を１００％占有した芯鞘
構造とし、繊維横断面積占有率を９０％として複合繊維
を得た。製糸操業性および加工安定性については、問題
無いものであったが、体積比抵抗値は９２．１×１０²
Ωｃｍとなり、目的とする導電繊維とは言えないもので
あった。

【００２４】比較例５保護ポリマーＢの繊維表面周長占有率を９０％、繊維横
断面積占有率を８５％とし、ポリマーＡの繊維表面露出
長に対する２成分の接合面距離の比が２倍として実施例
３と同様の方法で複合繊維を得た。得られた繊維の体積
比抵抗値は１．３×１０²Ωｃｍであったが、洗濯１０
００回後には４０．２×１０²Ωｃｍまで比抵抗値は高
くなり除電効果は著しく低下した。また、製品収率７
０．１％、カバーリング加工時の毛羽・糸切れが１３回
発生し、実際生産は不可能なレベルであった。

【００２５】比較例６保護ポリマーＢの繊維表面周長占有率を８０％、繊維横
断面積占有率を６０％とし、ポリマーＡの繊維表面露出
長に対する２成分の接合面距離の比が１８倍として実施
例３と同様の方法で複合繊維を得た。得られた繊維の除
電効果および耐久性には問題無いものの、延伸時糸切れ
多発などにより製品収率６３．８％、カバーリング加工
時の毛羽・糸切れ１７回となり、実際生産は不可能なレ
ベルとなった。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、導電
性カーボンブラックを熱可塑性ポリマーに含有せしめた
導電ポリマーと繊維形成性熱可塑性ポリマーとを複合紡
糸し、導電性カーボンブラック含有量、保護ポリマーの
繊維表面周長占有率、繊維横断面積占有率、２成分の接
合面距離および導電ポリマーの繊維横断面上の等配数を
適正なものとすることにより、製糸・加工安定性を有し
通常の非導電性繊維に当該複合繊維を０．０１〜１０重
量％添加するだけで優れた除電性能と除電効果耐久性を
有する布帛が得られる導電性繊維を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明導電性繊維の糸横断面の一具体例

【図２】本発明導電性繊維の糸横断面の一具体例

【図３】本発明導電性繊維の糸横断面の一具体例

【図４】本発明導電性繊維の糸横断面の一具体例

【符号の説明】

Ａ：導電性ポリマーＢ：保護ポリマー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4L041 BA04 BA05 BA11 BC09 CA06 CB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性カーボンブラックを１５〜４０重量
％含有する熱可塑性ポリマーからなる導電ポリマーＡ
と、繊維形成性熱可塑性ポリマーからなる保護ポリマー
Ｂとが複合されており、導電ポリマーＡは繊維横断面上
に少なくとも４等配され、保護ポリマーが繊維表面周長
の８０％以上９８％以下を占有し、繊維横断面積の７０
％以上９５％以下を形成し、導電ポリマーＡと保護ポリ
マーＢの接合面距離が導電ポリマーの繊維表面露出長の
３倍以上であることを特徴とする導電性繊維。
【請求項２】単糸繊度が４．０デシテックス以上である
ことを特徴とする請求項１記載の導電性繊維。