JP2006274512A - 導電性複合繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面抵抗測定法においても良好な導電性能が得られ、かつ制電性能と耐久性にも優れた繊維製品を提供する。
【解決手段】カーボンブラックを含有する熱可塑性重合体からなる導電性熱可塑性成分が繊維表面の５０％以上を被覆する複合構造を有し、かつ破断伸度８０％以上、１００℃熱水中での収縮率が２０％以下となるよう２０００ｍ／分以上の紡糸速度で高配向溶融紡糸することを特徴とする高配向未延伸導電性複合繊維の製造方法。
【効果】この発明により、制電性能と耐久性に優れた繊維製品の提供が可能となり、欧米で中心となっている表面抵抗測定にも適応可能である。
【選択図】なし

Description

本発明は、主として静電気帯電を抑制する目的で使用される繊維製品に関する。

合成繊維からなる布帛は、天然繊維からなる布帛に比較すると、一般に、強度、耐久性に優れている事から、様々な分野で使用されている。しかし、合成繊維からなる布帛は帯電しやすいという欠点を持っている。近年、医療品、薬品、食品、電子機器および精密機器製造等における製品の高性能化が進むにつれ、空気中の塵埃が製品の性能に大きな影響を及ぼすことが明らかになってきた。例えば、衣服の静電気帯電によって塵埃を吸着させたまま製造環境に持ち込む事は、生産効率の低下に繋がる。そればかりか、火災や爆発が生じやすい環境においては、静電気によるスパークが発生しやすく危険にさらされる可能性もあり、様々な製造現場において静電気対策を施した布帛を用いた繊維製品が必須なものになっている。

具体的には、静電気対策を施した布帛からなる防塵衣や靴内層材は、例えばクリーンルーム内での作業着および作業靴に用いられる。衣服や人体に蓄積する静電気を抑えて放電による微小回路の破壊を防ぎ、衣服や人体への静電気による塵埃の吸着を抑えて、クリーンルーム内に塵埃を持ち込まないことで製品の歩留向上が見込まれる為である。また、静電気対策を施した布帛はフィルターの素材としても利用価値が高い。これは引火性を有する液体又は気体をろ過する際にフィルターとの摩擦によって発生する静電気を抑制し、引火爆発を回避する為である。

従来から布帛の静電気対策として様々な方法が考案されている。例えば、界面活性剤を後加工で布帛表面に付着させる方法や、親水性ポリマーを混入させた制電性繊維で布帛を構成する方法などが一般的である。しかしこれらの布帛は、いずれも洗濯耐久性が低いことや低湿度下での制電性能が十分でない。そこで、通常は導電性繊維が一定の割合で混入させた布帛が使用されている。

導電性繊維としては、導電性粒子と熱可塑性成分からなる導電性成分を芯成分（島成分）とし、繊維形成性成分を鞘成分（海成分）とする導電性複合繊維が、工程通過性や洗濯耐久性の面から一般的である。

近年欧米を中心に、繊維製品を破壊せずにその制電性能を評価する手段として、繊維製品の表面の二ヶ所に電極を当て電極間の抵抗値を測定する方法（以下表面抵抗測定法と記す）が普及しつつある。本方法であると、実際の製品としての制電性能が十分であるにも関わらず、繊維製品に混用する導電性繊維表面への導電性成分の露出面積が小さい場合、導電性成分と電極が接触しないため生地表面の導電性能が低くなってしまうため、制電性能不良と判断されるという問題がある。

例えば特許文献１には、導電性能を良くするために芯となる合成繊維長繊維糸条に導電性複合繊維をカバリングした導電糸条を用い、導電糸条間の接触性を向上させた織物の提案がなされている。しかし、導電性成分の繊維表面への露出が小さければ、導電性成分同士や電極間との接触は起こり得ず、接触抵抗を軽減させるがための浸透性のある導電性接着剤を使用しない限り、表面抵抗測定法における良好な導電性能は得られ難い。

この欠点を無くする為には表面層を導電性成分とすればよいことは容易に考えられその提案は種々なされている。たとえば酸化チタン、ヨウ化第１銅などの金属成分や導電性カーボン粒子を分散させた導電性成分を表面にコーティングまたはメッキする方法が提案されているが、これらの方法で得られる導電性繊維には洗濯耐久性が無く、初期評価では導電性能は高いが繰り返し洗濯を行うと導電性成分の剥離および脱落がおこり、導電性能を低下させるばかりか自己発塵を助長させる原因にもなり、使用時に多数の洗濯が必要不可欠な用途、例えばクリーンルームで使用される防塵衣などに供することは難しい。

特開平１１−３５０２９６号公報

本発明の目的は、表面抵抗測定法においても良好な導電性能が得られ、かつ制電性能と耐久性にも優れた繊維製品を得るための導電性複合繊維の製造方法を提供することにある。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究の結果、導電性複合繊維の複合形態を限定し、製造条件を適切にすることにより、本課題が解決されることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明の要旨は次の通りである。
導電性熱可塑性成分と繊維形成性成分からなる導電性複合繊維であって、カーボンブラックを含有する熱可塑性重合体からなる導電性熱可塑性成分が繊維表面の５０％以上を被覆する複合構造を有し、かつ破断伸度８０％以上、１００℃熱水中での収縮率が２０％以下となるよう２０００ｍ／分以上の紡糸速度で高配向溶融紡糸することを特徴とする高配向未延伸導電性複合繊維の製造方法であり、また、本発明において好ましくは導電性熱可塑性成分と繊維形成性成分とが複合されてオリフィスから吐出される際の線速度と紡糸速度との比率が下記式（１）を満足させる請求項１記載の導電性複合繊維の製造方法である。
１００≦ＤＲ≦４００ （１）
ＤＲ；紡糸速度／オリフィスから吐出される際の線速度

本発明により、導電性能とその耐久性に優れた導電性複合繊維を得ることが出来る。

本発明に用いられる導電性複合繊維について説明する。なお、以下では導電性熱可塑性成分のことを単に「導電性成分」と称し、繊維形成性成分を「非導電性成分」と称することがある。

本発明に用いられる導電性複合繊維の導電性成分、非導電性成分に使用される熱可塑性重合体としては、ポリエステル類やポリアミド類及びポリオレフィン類とそれらの共重合体など、あらゆる公知の繊維形成能を有する熱可塑性重合体が使用可能であり、適宜選択すれば良い。布帛の大部分を占めるベース糸即ち導電性複合繊維と混用する繊維の素材と同種であることが染色その他の後工程において格別の注意を払う必要が軽減されることから望ましい。

又、導電性成分と非導電性成分に使用する熱可塑性重合体は両成分の接着性の点から同種の熱可塑性重合体であることが好ましい。両方の熱可塑性重合体が異なっている場合でも、両方またはどちらか一方の成分に相溶化剤を混入し接着性が改善できる事もある。例えば、ポリアミドとポリオレフィンの場合には、ポリオレフィン側に相溶化剤としてマレイン酸変性ポリオレフィンを少量混入することで接着性が改善できる。

前記導電性成分は熱可塑性重合体に導電性カーボンブラックを常法に従って均一に混合したものにより構成されている。導電性カーボンブラックの混合率は使用する重合体やカーボンブラックの種類によって異なるが、通常１０〜５０重量％、特に１５〜４０重量％が好ましい。

本発明において、得られるフィラメントの導電性は、使用されるカーボンブラックの種類及び混合率や製造条件により変わるが１．０×１０^８Ω／ｃｍ・ｆ未満の電気抵抗値を有することが必要で、特に１．０×１０^７Ω／ｃｍ・ｆ未満であることが好ましい。導電性が１．０×１０^８Ω／ｃｍ・ｆ以上であれば電気抵抗値の大きいものであれば非導電性繊維に少量混合して繊維複合体を形成した際に、表面抵抗測定において制電生地の基準として多く採用されている１０^６Ω／□以下を達成できず、実用に供することができない。

導電性成分、非導電性成分には、さらに分散剤（ワックス類、ポリアルキレンオキシド類、各種界面活性剤、有機電解質など）、着色剤、熱安定剤（酸化防止剤、紫外線吸収剤など）、流動性改善剤、蛍光増白剤その他の添加剤を必要に応じて加えることができる。

本発明に用いる導電性複合繊維の複合形態は、繊維表面の５０％以上が導電性成分で被覆されていなければならない。断面形状の一例としては図１〜３に示すようなものが挙げられる。このうち、図１に示したものは芯鞘構造をとる複合導電性繊維であり、鞘成分が導電性成分となっているものである。また、図２、３では、４〜８個程度の導電性成分を繊維表面に配した複合繊維の構造例を示した。この様な構造の導電性複合繊維を利用することにより、導電性繊維間の導電性成分同士の接触性及び導電性成分と測定器電極との接触性が向上し、表面抵抗測定法における良好な導電性能を得ることが出来る。

本来の目的から言えば導電性成分の繊維表面への露出率はより高い方が好ましいが、導電性成分は導電性カーボンブラックの含有により溶融流動性が著しく低下するために完全に被覆することは技術的難度が高く、また表面抵抗測定法において使用される測定器の電極サイズと複合繊維の繊維径から十分に接触性があると判断され、繊維表面の５０％以上が被覆されていれば目的は達せられるといえる。逆に導電成分の繊維表面の被覆率が５０％未満の場合は、電極と導電性成分との接触性が不確実となり、表面抵抗測定結果において、非常に大きな数値を指し示すことが発生しがちである。その結果、平均値も高くなり、目標とする１０^６Ω／□以下を達成できない。安定的な表面抵抗値を得るためには被覆率が５０％以上であることが必要だが、６０％以上が更に好ましく、６５％以上が特に好ましい。

導電性成分と非導電性成分の複合比率については、体積比率で導電性成分：非導電性成分＝１：２０〜２：１であることが好ましい。繊維の物性を確保すると言う観点からは非導電性成分の比率が大きいほど好ましいが、導電性成分の比率が小さくなると安定した複合形態を得ることが難しくなり、伴い導電性の安定性が不足するので、これらの事を考慮すると導電性成分：非導電性成分＝１：２０〜２：１が好ましく、１：１５〜１：１が更に好ましい。

本発明の導電性複合繊維は、上記の如き導電性成分と非導電性成分とからなり、それぞれを別々のエクストルーダーで溶融し、複合紡糸装置を用いて、破断伸度８０％以上、１００℃熱水中での収縮率が２０％以下となるよう２０００ｍ／分以上で高配向溶融紡糸を行うことで得られる。更に、導電性成分と非導電性成分とが複合されてオリフィスから吐出される際の線速度と紡糸速度との比率：ＤＲが上記式（１）を満たすことでより好適な導電性複合繊維を得ることができる。

本発明に用いる導電性複合繊維は、溶融複合紡糸法にて製造されることが肝要である。例えばコーティング等の処方により後加工で類似の複合形態を形成させた複合繊維では耐久性が不足し、製品で繰り返し洗濯を行なった際に導電性成分の剥離や脱落が発生する。溶融複合紡糸法で製造されることにより、例えばクリーンルーム等で使用される防塵衣の如く多数回の洗濯を必要とされる用途においても十分な耐久性を発現させることができるのである。

また、本発明において高速紡糸を行うことは重要な要素である。導電性複合繊維は一般的には非導電性繊維から構成される繊維複合体に少量混在させて使用する例が多く、例えば織物の経糸に１ｃｍ間隔に導電性繊維を打ち込んだりするケースがある。その際、導電性繊維が他の非導電性繊維よりも極端に収縮率が高い場合には織物中で導電性繊維がつっぱった状態となり、織物に外力が加わった場合に切断等のトラブルが発生しやすく、特に実用時にはこの影響が大きく好ましくない。

加えて、紡糸工程での変形に対し、延伸工程での変形が導電性に与える影響は著しく大きいため、要望する導電性を得るためには、紡糸工程において導電性繊維の配向を高めておいて実用上支障のない程度の強力を得、延伸工程での変形量を可能な限り小さくすることが望ましい。

更に、２０００ｍ／分以上の高速で捲き取るためには、紡糸速度に見合った吐出量が必要となり、低速度で巻き取って延伸を施す、いわゆるコンベンショナル方式に比べて吐出量が大きくなる。そのため、エクストルーダーから紡糸ヘッド、ノズル他加熱ゾーンの通過時間を短縮させて、導電性成分の熱劣化を軽減し、長期にわたって操業性を良好に維持することが可能となる。

上述の理由により、本発明の方法によれば、導電性能、糸質性能ともに良好でかつ耐久性に優れた導電性複合性繊維を長期にわたって操業性よく製造することが可能となる。

本発明によって得られた導電性複合繊維を非導電性繊維から構成される繊維複合体に使用する際に、非導電性繊維との混合方法は特に制限はない。例えば、導電性複合繊維を単体で織物や編物に一定間隔に打込む事も可能であるし、その繊度によっては非導電性繊維と合糸又は合撚して布帛に打込んでも良い。又、所定の長さにカットして、他の短繊維と混紡する事も可能であるし、既成の布帛に縫糸として混用しても良い。

また、その場合の導電性複合繊維の使用量としては、０．１〜１５重量％が好ましい。この範囲であると、コロナ放電による帯電防止効果が十分で有り、工程通過性も優れるので好ましい。

本発明で得られた導電性複合繊維はクリーンルーム内で着用されるような防塵衣や作業着、手術着などの衣料や粉塵爆発を防止するためのフィルター、特殊環境で着用するための作業靴の内層材などに好適に使用可能である。

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。なお、下記の実施例における各種物性の測定および評価は、次の方法により実施した。

導電性複合繊維の導電性能は、長さ１０ｃｍに切り取って試料とし、両端を金属端子と導電性接着剤で接着し、１，０００Ｖの直流電圧を印加して抵抗値を測定し、その値を基に１ｃｍ、１フィラメントあたりに換算して評価した。

布帛の表面抵抗は、ＡＣＬ Ｓｔａｔｉｃｉｄｅ社製メガオームメーター モデル８００を用い、平行電極幅７．５ｃｍ、電極間距離７．５ｃｍにおける導電性を測定した。なお、測定には２０℃×３０％ＲＨの環境下で予め調湿した試料を用いた。

布帛の制電性能はＪＩＳ Ｌ １０９４ 摩擦帯電減衰測定法に準じて、２０℃×３０％ＲＨの環境下で調湿した試料を用いて初期帯電圧を測定した。

破断伸度、収縮率については、それぞれＪＩＳ Ｌ １０１３ 引っ張り強さ及び伸び率、収縮率に準じて測定を実施した。

耐久性については洗濯耐久性を評価した。ＪＩＳ Ｌ ０２１７ Ｅ １０３法にて１００回の洗濯を実施し、洗濯前後での導電性複合繊維の導電性能及び布帛の表面抵抗を上述の方法で測定した。

繊維表面における導電性成分の被覆比率についてはオリンパス製の光学顕微鏡で糸の断面写真を任意の間隔をおいて２０点撮影し、キーエンス製の画像解析装置にて測定、その平均値で評価した。

［実施例１〜５、比較例１〜３］
イソフタル酸を１２ｍｏｌ％共重合したポリエチレンテレフタレートに導電性カーボンブラックを２５重量％混合分散させた導電性ポリマーを導電性成分、ホモポリエチレンテレフタレートを非導電性成分とし、数条件の複合比率、複合構造で複合し、２８５℃にて紡出し、冷却、オイリングしながら数条件の紡糸速度で巻き取り、導電性複合繊維Ｙ１〜Ｙ８を製造した。Ｙ１〜Ｙ８の導電性能及び繊維表面における導電性成分の被覆比率を表１に示す。

実施例１〜５においては特に紡糸上大きな問題なく捲き取ることができたが、比較例１においては紡糸時に糸切れの頻度がやや高い傾向が見られた。また、その傾向は紡糸開始より時間が経過するに伴い、より顕著となった。以降の試験においては紡糸開始後、比較的初期の段階で採取された試料を用いるものとする。比較例２においては捲き取ったボビンで毛羽立ちが多く見られ、とても実用に供せられるものではなかった。フィラメント抵抗を測定したところ、バラツキが大きく、平均値も高めであった。

地部を形成する経、緯糸にポリエステル長繊維糸８４デシテックス／７２フィラメントを使用し、導電性糸条としてＹ１を経、緯それぞれ５ｍｍ間隔で使用した平織物を得、この織物を通常の加工方法で加工したものを布帛１とする。

Ｙ１の代わりに導電性糸条としてＹ２〜Ｙ８をそれぞれポリエステル長繊維糸５６デシテックス／２４フィラメントと撚数２５０Ｔ／ｍにて合撚せしめた導電性合撚糸を使用した以外は布帛１と同様の構成の布帛２〜８を得た。しかしながら、紡糸工程通過性に問題のあったＹ６においては、合撚および製織工程において多数回に渡る停台を繰り返したため実用性がないものと判断し、更に布帛６の品位も良好なものではなかったため、評価から除外した。

又、比較例４として市販されているナイロンモノフィラメント２２デシテックスの周囲をカーボンブラック混入樹脂で被覆した導電性繊維Ｙ９を使用し、布帛２〜８と同様の構成の布帛９を得た。尚、Ｙ９のフィラメント抵抗は２．２×１０^５Ω／ｃｍ・ｆと良好であった。布帛１〜９中の導電性繊維の混用率及び各種物性値を表２に示す。

表２から明らかなように、紡糸時にやや難の見られたＹ４は本発明で目的とする表面抵抗測定結果が得られなかった。布帛４を確認したところ、未洗濯の状態で既にＹ４が突っ張った観を呈し、抜き出したＹ４は所々で糸切れが確認された。また、洗濯を繰り返すにつれて糸切れの頻度は増加する傾向が見られた。洗濯時の摩擦により突っ張ったＹ４に負荷が加わり、糸切れを誘発させたものと考えられる。

又、表面に導電性成分が全く露出していないＹ８は洗濯に対する耐久性は認められるものの、表面抵抗測定においては効果が認められなかった。

一方、Ｙ９においては初期では本発明と同等以上の性能を発揮するものの、１００回の洗濯によって導電性成分の剥離、脱落が生じ、その導電性能及び制電性能はほぼ消失してしまった。これらに対し、本発明は表面抵抗とその耐久性に良好な結果が得られた。

これらの布帛を用い、防塵衣を作製して、実用評価を行なったところ、布帛時の評価と同等の結果が得られた。

［実施例６〜７、比較例５］
６ナイロンに導電性カーボンブラックを３５重量％混合分散させた導電性ポリマーを導電性成分、６ナイロンを非導電性成分とし、数条件の複合比率、複合構造で複合し、２７５℃にて紡出し、冷却、オイリングしながら２５００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で捲き取り、３３０デシテックス／１００フィラメントの導電性複合繊維Ｙ１０〜Ｙ１２を製造した。Ｙ１０〜Ｙ１２の導電性能及び繊維表面における導電性成分の被覆比率を表３に示す。

Ｙ１０〜Ｙ１２をそれぞれ収束して約３０万デシテックスとした後、クリンプ加工を施し、５１ｍｍ長にカットして、単糸３．３デシテックスのステープルを得た。
これらのステープルを３．３デシテックス、５１ｍｍ長の６ナイロンステープルと混用率５重量％で混合して、ニードルパンチ法により目付約１８０ｇ／ｍ^２の不織布を作製し、更にエンボス加工を施して布帛１０〜１２を得た。布帛１０〜１２の各種物性値を表４に示す。

表４から明らかなように、比較例５は制電性能とその耐久性においては十分な効果が得られたものの、表面抵抗測定においては測定値にばらつきが多く、安定した効果が認められなかった。導電性成分の複合比率が小さく、繊維表面に占める導電性成分の露出が不足したためと推測される。

又、本発明の不織布を靴内層材として使用し、ソール部にも導電処理を施した作業靴を着用した場合には、人体に蓄積される静電気が靴を通して漏洩され、人体帯電圧が軽減する結果が得られた。

[実施例８]
従来公知であるメルトブロー方式により得られたポリエテレンテレフタレート長繊維不織布にエンボス加工を施し、目付約７５ｇ／ｍ^２の不織布を作製した。この不織布に、上述の導電性複合繊維Ｙ２を２本と、ポリエステル長繊維糸４４デシテックス／１８フィラメントとの計３本をＳ撚り６００Ｔ／ｍで合撚したものを、Ｚ撚り４８０Ｔ／ｍで合撚した縫糸を用い、不織布の幅方向に５ｍｍ間隔で縫込んで得られた不織布を布帛１４とする。この布帛の表面抵抗値は７．７×１０^６Ω、制電性能は２，２２０Ｖであり、良好な結果が得られた。

又、この布帛は１００回の洗濯においても性能が低下することなく、フィルターとして使用した場合には、十分な制電性能を発揮した。

本発明の製造方法によれば、導電性能、糸質性能ともに良好でかつ耐久性に優れた導電性複合性繊維を長期にわたって操業性よく製造することが可能となる。また、本発明の製造方法によって得られた導電性複合繊維はクリーンルーム内で着用されるような防塵衣や作業着、手術着などの衣料や粉塵爆発を防止するためのフィルター、特殊環境で着用するための作業靴の内層材などに好適に使用可能である。

本発明の繊維複合体に使用される導電性複合繊維の一例の横断面図である。 本発明の繊維複合体に使用される導電性複合繊維の一例の横断面図である。 本発明の繊維複合体に使用される導電性複合繊維の一例の横断面図である。 本発明範囲外の繊維複合体に使用される導電性複合繊維の一例の横断面図である。 本発明範囲外の繊維複合体に使用される導電性複合繊維の一例の横断面図である。

符号の説明

１ 導電性成分
２ 非導電性成分

Claims (2)

1. 導電性熱可塑性成分と繊維形成性成分からなる導電性複合繊維であって、カーボンブラックを含有する熱可塑性重合体からなる導電性熱可塑性成分が繊維表面の５０％以上を被覆する複合構造を有し、かつ破断伸度８０％以上、１００℃熱水中での収縮率が２０％以下となるよう２０００ｍ／分以上の紡糸速度で高配向溶融紡糸することを特徴とする高配向未延伸導電性複合繊維の製造方法。
2. 導電性熱可塑性成分と繊維形成性成分とが複合されてオリフィスから吐出される際の線速度と紡糸速度との比率が下記式（１）を満足させる請求項１記載の導電性複合繊維の製造方法。
   １００≦ＤＲ≦４００ （１）
   ＤＲ；紡糸速度／オリフィスから吐出される際の線速度

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