JP2017160562A

JP2017160562A - 導電性繊維及びその製造方法

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Publication number: JP2017160562A
Application number: JP2016046625A
Authority: JP
Inventors: 一郎坂田; Ichiro Sakata; 文志古月; Fumiji Furuzuki; 弘太郎熊谷; Kotaro Kumagai; 順冨田; Jun Tomita
Original assignee: University of Tokyo NUC; Nano Summit Co Ltd
Current assignee: University of Tokyo NUC; Nano Summit Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14
Also published as: WO2017155043A1; CN109154107A

Abstract

【課題】本発明は、導電性能、帯電防止性能、電磁波・磁気遮蔽性能、面状発熱性、熱伝導性等の繊維物性に優れ、かつ、反復して行われる洗浄によってもこれらの性質が低下しない耐久性を有する繊維及びその製造方法を提供するものである。さらに、このような性質を維持しつつ、繊維の柔軟性、加工容易性、風合い、触感、軽量性といった性質を高度に有する繊維及びその製造方法を提供するものである。【解決手段】紡糸方法および繊維の形状を工夫し、さらに、芯繊維を溶融紡糸、乾式紡糸又は湿式紡糸等によって形成しつつ、同時に、乾式紡糸又は湿式紡糸等によって芯繊維の周囲に導電性層を形成し、その後、延伸を行うことで、導電性層と芯繊維とが強固に結合した導電性繊維を実現した。【選択図】図１

Description

本発明は、導電性能、帯電防止性能、電磁波・磁気遮蔽性能、面状発熱性、熱伝導性等の繊維物性に優れ、かつ、反復して行われる洗浄等によってもこれらの性質が低下しない耐久性を有する繊維に関するものである。

従来、導電性を有する繊維を実現するために、様々な手法が提案・検証されてきた。例えば、導電性を有さない繊維の表面を、金属やカーボンブラック等の導電性物質を含有させた層で被覆する手法（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）などが提案されてきた。また、導電性のカーボンブラックなどを含む導電層（導電ポリマー層）と含まない層（保護ポリマー層）からなる複合繊維を溶融紡糸によって製造する手法（特許文献４）も提案されてきた。

しかしながら、導電性を有さない繊維の表面を、金属やカーボンブラック等の導電性物質を含有させた層（導電性層）で被覆する手法では、導電性層が導電性を有さない繊維から容易に剥離してしまい、その結果、導電性繊維の導電性が容易に低下してしまうなどの耐久性上の問題があった。また、柔軟性が低い導電性層によって全体が覆われていることから、繊維全体が硬く脆いという問題もあった。特に、導電性物質としてカーボンブラック等の数ミクロン（μｍ）オーダーサイズの導電性二次粒子を使用する場合には、導電層が厚くなってしまうことから、繊維の柔軟性、加工容易性、風合い、触感、軽量性などの低下が生じるという問題があった。

他方で、導電性のカーボンブラック等を含む導電層と含まない層からなる複合繊維を溶融紡糸（複合紡糸）によって製造する手法においても、複合繊維全体に対して導電性を有する層が占める割合を大きくせざるを得ず（例えば、特許文献４で開示されている実施例では、導電性ポリマー層が複合繊維全体に占める割合は全て１３％である。）、さらに、カーボンブラックを含有する導電層は柔軟性や曳糸性等が低いことから（例えば、特許文献４で開示されている実施例におけるカーボンブラックの質量％は３５％又は４０％であり、大量のカーボンブラックが含有させられているため、柔軟性や曳糸性等が低い。）、繊維全体の紡糸性及び延伸後の繊維物性が低下してしまうという繊維物性上の問題や、耐摩耗性や耐洗濯性が不十分であるなどの耐久性上の問題があった。加えて、従来の溶融紡糸によって製造された導電性繊維は単繊維繊度が大きいため（例えば、特許文献４で開示されている実施例における単繊維繊度は２ｄｔｅｘである。）、繊維の柔軟性、加工容易性、風合い、触感、軽量性といった点に問題があった。

さらに、従来の導電性繊維は、導電性が低く、平均抵抗値は１．０×１０^６［Ω／ｃｍ］以上と高かったため、静電防止などのための除電性を有するにとどまり、ウェアラブルデバイスのセンサーとして利用する場合などに要求される高い導電性を実現することは困難であった。

特開２００４−２６４４００号公報特開２００６−２１３８３９号公報特開２０１０−５９５６１号公報特開２００４−２３８７６８号公報

本発明は、導電性能、帯電防止性能、電磁波・磁気遮蔽性能、面状発熱性、熱伝導性等の繊維物性に優れ、かつ、反復して行われる洗浄によってもこれらの性質が低下しない耐久性を有する繊維及びその製造方法を提供するものである。さらに、このような性質を維持しつつ、繊維の柔軟性、加工容易性、風合い、触感、軽量性といった性質を高度に有する繊維及びその製造方法を提供するものである。

本発明者は、従来の導電性繊維の製造方法のうち、従来の導電性を有さない繊維の表面を金属やカーボンブラック等の導電性物質を含有させた層で被覆する手法において、導電性層（表層部分）が容易に剥離してしまい、その結果、導電性繊維の導電性が容易に低下してしまうなどの耐久性上の問題があった理由として、従来の手法では導電性層（表層部分）と導電性を有さない繊維との間に隙間が生じやすいことから水等で洗浄した際には水分子等がかかる隙間に入り込みやすいこと、また、表層部分は水等を含むことで膨張してしまい、導電性を有さない層から剥離してしまうこと、さらに、導電性層（表層部分）の一部が剥離してしまうと当該剥離部分を起点として残りの表層部分が容易に剥離してしまうであろうとの考察の下、紡糸方法および繊維の形状を工夫することで、本発明を完成させた。

すなわち、導電性繊維の芯となる繊維（以下「芯繊維」という。）の形状を制御することによって、例えば、断面が溝状（歯車状）なるようにし、当該芯繊維のくぼみ部分に導電性の層（例えば、糸状の層）を形成させることで（図２参照）、導電性層を剥離しにくくし、また、当該導電性層の一部に万一剥離が生じたとしても、他の複数の導電性層が維持されることで、導電性繊維全体の耐摩耗性や耐洗濯性等の耐久性を向上させることができた。

さらに、本発明者は、従来の導電性繊維の製造方法のうち、導電性のカーボンブラックなどを含む導電層と含まない層からなる複合繊維を溶融紡糸によって製造する手法における繊維物性上ないし耐久性上の問題や、単繊維繊度が大きいためマルチフィラメントでの利用が困難であるといった加工困難性の問題を解消するための手法として、芯繊維を溶融紡糸、乾式紡糸または湿式紡糸等によって形成しつつ、同時に、芯繊維の周囲に、乾式紡糸又は湿式紡糸等によって導電性層を形成し、その後、延伸を行うことで、導電性層と芯繊維とが強固に結合した導電性繊維を形成する手法を見出し本発明を完成させた。

すなわち、本発明による新規な紡糸方法によれば、本発明による導電性繊維は、単繊維度を小さくすることができるため、マルチフィラメントでの利用などでの加工容易性を維持することができ、また、各芯繊維に導電性層が形成されたマルチフィラメントとすることで、耐摩耗性や耐洗濯性などの耐久性を向上させることができる。さらに、本発明による新規な紡糸方法によれば、導電性繊維の導電性層を乾式紡糸又は湿式紡糸等によって形成するため、導電性層を溶融紡糸によって形成する従来の方法と比べ芯繊維の周囲に形成される導電性層が薄く若しくは細くなるため、芯繊維の持つ柔軟性などの繊維物性が損なわれていない導電性繊維を実現することができる。加えて、従来の方法と比べ、本発明においては導電性層に対しては強度が要求されない分、導電性に寄与する導電性物質の含有量を増やせるため、より高い導電性を実現でき、また、溶融紡糸により導電性層を形成した場合と比べ、より少ない導電性物質でより高い導電性を実現することができる。

本発明によれば、従来の導電性繊維が有していた繊維物性上の問題を解決することができ、繊維の柔軟性、加工容易性、風合い、触感、軽量性などを高めることができる。また、従来の導電性繊維が有していた耐久性上の問題を解決することができ、高い耐摩耗性や、反復しての洗浄・洗濯が可能な耐洗濯性を実現することができる。加えて、導電性繊維をウェアラブルデバイスのセンサーとして利用する場合などに要求される非常に高い導電性（平均抵抗値が１．０×１０^３［Ω／ｃｍ］以下のもの）を実現することができる。さらに、これらの効果を、低コストで実現することができる。

図１は、芯繊維及び導電性層を含む導電性繊維を作成する工程の模式図である。図２は、芯繊維／導電性層からなる導電性繊維（芯繊維が歯車形の場合）の横断面形状の模式図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。ただし、以下の実施形態は、発明内容の理解を助けるためのものであり、本発明を限定するものではない。

本発明における導電性繊維は、芯繊維と芯繊維の周囲に付着する導電性層からなる複合繊維を含む。

本発明における芯繊維は、合成繊維（半合成繊維を含む。以下同じ。）又は天然繊維であり、好ましくは、一種又は二種以上の合成高分子化合物又は天然高分子化合物から形成される。

本発明の芯繊維に使用できる高分子化合物としては、本発明の作用・効果を奏するものであれば特に限定されないが、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、セルロース系樹脂等を挙げることができ、好ましくは、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、セルロース系樹脂である。

本発明の芯繊維に使用できるポリエステル系樹脂としては、芳香族ポリエステル系樹脂（ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリヘキサメチレンテレフタレート等のポリアルキレンアリレート系樹脂、ポリアリレート等の全芳香族ポリエステル系樹脂、液晶ポリエステル系樹脂等を含む。）、脂肪族ポリエステル系樹脂（ポリ乳酸、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート、ヒドロキシブチレート−ヒドロキシバリレート共重合体、ポリカプロラクトン等の脂肪族ポリエステル及びその共重合体を含む。）等が挙げられる。

本発明の芯繊維に使用できるポリアミド系樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド６１０、ポリアミド１０、ポリアミド１２、ポリアミド６１２等の脂肪族ポリアミド及びその共重合体、脂環式ポリアミド、芳香族ポリアミド等が挙げられる。

本発明の芯繊維に使用できるポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン及びその共重合体等が挙げられる。

本発明の芯繊維に使用できるアクリル系樹脂としては、アクリロニトリル−塩化ビニル共重合体等のアクリロニトリル単位を有するアクリロニトリル系樹脂等が挙げられる。

本発明の芯繊維に使用できるポリウレタン系樹脂としては、ポリエステル型、ポリエーテル型、ポリカーボネート型ポリウレタン系樹脂等が挙げられる。

本発明の芯繊維に使用できるポリビニルアルコール系樹脂としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体等が挙げられる。

本発明の芯繊維に使用できるポリ塩化ビニリデン系樹脂としては、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニリデン−塩化ビニル共重合体、塩化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。

本発明の芯繊維に使用できるポリ塩化ビニル系樹脂としては、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体等が挙げられる。

本発明の芯繊維に使用できるセルロース系樹脂としては、酢酸セルロースや硝酸セルロース等のセルロース誘導体の共重合体が挙げられる。

本発明の芯繊維が２種以上の重合体を用いて形成した合成繊維である場合は、２種以上の重合体の混合物を用いて形成した混合紡糸繊維であってもよいし、２種以上の重合体が複数の相分離構造を形成した複合紡糸（コンジュゲート）繊維であってもよい。複合紡糸繊維としては、例えば、海島構造、芯鞘（シースコア）構造、サイドバイサイド型構造、オレンジボール構造、これらの構造を組み合わせた構造、例えば、海島構造と芯鞘構造とを組み合わせた構造、サイドバイサイド型構造と海島構造とを組み合わせた構造等が挙げられる。

本発明の芯繊維は、長繊維又は短繊維のいずれでも良いが、長繊維が好ましい。

本発明の芯繊維の横断面形状は、本発明の作用・効果を奏するのであれば特に限定はなく、丸形、方形、多角形、三角形、中空形、偏平形、歯車形、ドッグボーン形、Ｔ字形、Ｖ字形等が挙げられるが、芯繊維を被覆する導電性層の耐摩耗性、耐洗濯性などの観点から、好ましくは、多葉形、歯車形、ドッグボーン形、Ｔ字形、Ｖ字形であり、特に好ましくは、多葉形、歯車形である。

本発明の芯繊維の紡糸方法は、使用する繊維の性質に合わせて選択可能であるが、例えば、湿式紡糸法、乾湿式紡糸法、乾式紡糸法、または溶融紡糸法などが挙げられる。

芯繊維は、平均繊維径が、用途に応じて約５μm〜５０μmであればよい。

本発明の導電性繊維は、芯繊維を溶融紡糸等の紡糸方法によって形成しつつ、同時に、芯繊維の周囲に乾式紡糸、湿式紡糸又は乾湿式紡糸によって導電性層を形成し、その後、延伸を行う工程を経て製造される。例えば、芯繊維を溶融紡糸によって形成する場合、芯繊維が固化する前に、芯繊維の周囲に乾式紡糸、湿式紡糸又は乾湿式紡糸によって導電性層を形成することで、芯繊維と導電性層が強固に付着することになる。さらに、芯繊維のくぼみ部分や複数の芯繊維の間に導電性層が入り込む構造となるため、導電性繊維が持つ耐摩耗性や耐洗濯性などの耐久性が向上する。

本発明の導電性層の原料溶液は、ナノカーボン、高分子化合物、溶媒、界面活性剤、その他添加剤とを含む。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できるナノカーボンとしては、カーボンブラック、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー、フラーレン、グラフェン、若しくはこれらの誘導体、又はこれらの混合物が挙げられ、高い導電性を実現する観点から、好ましくは、カーボンナノチューブ又はグラフェンであり、特に好ましくは、カーボンナノチューブ及びグラフェンの混合物である。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できるカーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、又はこれらの混合物が挙げられる。カーボンナノチューブの平均の直径は、１ｎｍ〜１μｍ程度であればよく、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍである。また平均の長さは、１００ｎｍ〜１０００μｍ程度であればよく、好ましくは、１００ｎｍ〜５０μｍである。

本発明で使用するグラフェン又は酸化グラフェンは、シート構造の平均の長さと平均の幅との比が、１：０．１〜１：１０であればよく、好ましくは、１：０．５〜１：５である。シート構造の平均の長さは、１００ｎｍ〜１０００μｍであればよく、好ましくは２００ｎｍ〜５０μｍである。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できる高分子化合物としては、本発明の作用・効果を奏するものであれば特に限定されないが、セルロース系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ゴム系高分子等を挙げることができる。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できるセルロース系樹脂としては、本発明の作用・効果を奏するものであれば特に限定されないが、セルロースの共重合体、若しくは酢酸セルロースや硝酸セルロース等のセルロース誘導体の共重合体が挙げられる。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できるアクリル系樹脂としては、アクリロニトリル−塩化ビニル共重合体等のアクリロニトリル単位を有するアクリロニトリル系樹脂等が挙げられる。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できるポリビニルアルコール系樹脂としては、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体等が挙げられる。

本発明の導電性層に使用できるポリウレタン系樹脂としては、ポリエステル型、ポリエーテル型、ポリカーボネート型ポリウレタン系樹脂等が挙げられる。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できる溶媒としては、水、アルコール類（メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピルアルコール、ブタノール等）、ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジアセトンアルコール等）、エステル類（酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｎ−アミル、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等）、エチレングリコール類（エチレングリコール、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル等）、プロピレングリコール類（プロピレングリコール、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコールブチルエーテル、プロピレングリコールプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等）、ピロリドン類（ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類；Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−エチルピロリドン等）、のヒドロキシエステル類（ジメチルスルオキシド、γ−ブチロラクトン、乳酸メチル、乳酸エチル、β−メトキシイソ酪酸メチル、α−ヒドロキシイソ酪酸メチル等）、芳香族炭化水素（アニリン、Ｎ−メチルアニリン等のアニリン類、ベンゼン、トルエン、キシレン等）、ｍ−クレゾール、アセトニトリル、テトラハイドロフラン、１，４−ジオキサン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、メトキシプロパノール、又はこれらの混合物が挙げられる。特に、ナノカーボンの分散性の観点から、水、アルコール類、ケトン類等の有機溶剤又はこれらの有機溶剤と水の混合物が好ましい。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できる界面活性剤としては、両性イオン界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤が挙げられる。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できる両性イオン界面活性剤としては、スルホベタイン類、ホスホベタイン類、カルボキシベタイン類、イミダゾリウムベタイン類、アルキルアミンオキサイド類などが挙げられ、これらの両性イオン界面活性剤は、一種で又は二種以上の組み合わせで使用できる。その塩としては、アンモニア、アミン（アミン、エタノールアミンなどのアルカノールアミン等）、アルカリ金属（ナトリウム、カリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム等）などとの塩が挙げられる。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できる陰イオン性界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩（ラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのＣ６−２４アルキルベンゼンスルホン酸塩等）、アルキルナフタレンスルホン酸塩（ジイソプロピルナフタレンスルホン酸ナトリウム等のジＣ３−８アルキルナフタレンスルホン酸塩等）、アルキルスルホン酸塩（ドデカンスルホン酸ナトリウム等のＣ６−２４アルキルスルホン酸塩等）、ジアルキルスルホコハク酸エステル塩（ジ２−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム等のジＣ６−２４アルキルスルホコハク酸塩等）、アルキル硫酸塩（硫酸化脂、ヤシ油の還元アルコールと硫酸とのエステルのナトリウム塩等のＣ６−２４アルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩等）、アルキルリン酸塩（モノ〜トリ−ラウリルエーテルリン酸等のリン酸モノ〜トリ−Ｃ８−１８アルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩等）などが挙げられる。これらの陰イオン性界面活性剤は、一種で又は二種以上の組み合わせで使用できる。その塩としては、アンモニア、アミン（アミン、エタノールアミンなどのアルカノールアミン等）、アルカリ金属（ナトリウム、カリウム等）、アルカリ土類金属（例えば、カルシウム等）などとの塩が挙げられる。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できる陽イオン性界面活性剤としては、テトラアルキルアンモニウム塩（ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジオクタデシルジメチルアンモニウムクロライド等のモノ又はジＣ８−２４アルキル−トリ又はジメチルアンモニウム塩等）、トリアルキルベンジルアンモニウム塩（セチルベンジルジメチルアンモニウムクロライド等のＣ８−２４アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩（塩化ベンザルコニウム塩等）等）、アルキルピリジニウム塩（セチルピリジニウムブロマイド等のＣ８−２４アルキルピリジニウム塩等）などが挙げられる。これらの陽イオン性界面活性剤は、一種で又は二種以上の組み合わせで使用できる。その塩としては、ハロゲン原子（塩素原子、臭素原子等）、過塩素酸等との塩が挙げられる。

本発明の導電性層の原料溶液に使用できる非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル（ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル等のポリオキシエチレンＣ６−２４アルキルエーテル）、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンＣ６−１８アルキルフェニルエーテル等）、ポリオキシエチレン多価アルコール脂肪酸部分エステル（ポリオキシエチレングリセリンステアリン酸エステル等のポリオキシエチレングリセリンＣ８−２４脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタンステアリン酸エステル等のポリオキシエチレンソルビタンＣ８−２４脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンショ糖Ｃ８−２４脂肪酸エステル等）、ポリグリセリン脂肪酸エステル（ポリグリセリンモノステアリン酸エステル等のポリグリセリンＣ８−２４脂肪酸エステル）などが挙げられる。これらの非イオン性界面活性剤は、一種で又は二種以上の組み合わせで使用できる。

界面活性剤の割合は、ナノカーボン１００質量部に対して、０．１〜１０質量部であればよく、特に、ナノカーボンがカーボンナノチューブである場合には、０．２〜２．０質量部であることが好ましい。さらに、ナノカーボンがカーボンナノチューブとグラフェンの混合物である場合には、界面活性剤の割合は、カーボンナノチューブ１００質量部に対して約０．１〜１．０質量部程度であり、グラフェンに対して約０．１〜１．０質量部程度であることが好ましい。界面活性剤の割合がこのような範囲にあると、ナノカーボン（例えば、カーボンナノチューブ、グラフェン）の均一性を向上させるとともに、高い導電性を維持できる。

本発明における本発明の導電性層の原料溶液に含有させられるその他添加剤としては、例えば、可塑剤、分散剤、塗面調整剤、流動性調整剤、紫外線吸収剤、保存安定剤、接着助剤、増粘剤、熱可塑性ポリマー、スリップ剤、レベリング剤、紫外線吸収剤、重合禁止剤、帯電防止剤、無機フィラー、有機フィラー、表面有機化処理した無機フィラー等の公知の物質が挙げられ、これらを適宜含有させてもよい。

本発明の導電性層の原料溶液におけるナノカーボンの割合は、高分子化合物１００質量部に対して約０．５〜６０質量部程度であり、特に、１０〜３０質量部とすることが好ましい。特に、ナノカーボンがカーボンナノチューブである場合には、カーボンナノチューブの割合は高分子化合物１００質量部に対して約０．５〜２０質量部程度であり、特に、２〜１５質量部とすることが好ましい。さらに、ナノカーボンがカーボンナノチューブとグラフェンの混合物である場合には、カーボンナノチューブの割合は高分子化合物１００質量部に対して約０．５〜１０質量部程度であり、特に、２〜５質量部とすることが好ましく、また、グラフェンの割合は、高分子化合物１００質量部に対して約０．１〜２０質量部程度であり、特に、０．２〜５．０質量部とすることが好ましい。

本発明の導電性層の原料溶液は、ナノカーボン、高分子、溶媒、界面活性剤、安定剤その他添加剤とを含む原料溶液を、撹拌装置又は混練装置によって混合する。混合する際には、すべての成分を同時に添加してもよいし、ナノカーボン、高分子化合物、界面活性剤、及びその他添加剤それぞれを、溶媒等で適宜希釈した後に混合してもよい。特に、ナノカーボンは、界面活性剤及びその他添加剤と共に、アトライタ-、ボールミル、ビーズミル、振動ミル、サンドミル、ロールミル等の撹拌装置によって溶媒に十分分散させ、ナノカーボン分散液を作成した後に、かかるナノカーボン分散液を高分子化合物を含有する溶媒及びその他添加剤の混合液に混合させることが望ましい。

本発明の導電性繊維は、溶融紡糸等の紡糸方法で芯繊維を形成しつつ、芯繊維の延伸前に、芯繊維の周囲に乾式紡糸、湿式紡糸又は乾湿式紡糸によって導電性層を形成し、その後、延伸を行う工程を経て形成される。

本発明の導電性繊維は、導電性層の厚さ若しくは太さは、２０ｎｍ〜１０μｍであり、好ましくは２０〜１００ｎｍの範囲にある。このため、芯繊維の持つ柔軟性などの繊維物性を損なわずに導電性繊維を形成できる。

本発明の導電性繊維は、芯繊維の平均繊維径が、約５μm〜５０μm程度であり、また、導電性層は、薄く若しくは細く、不連続であり、芯繊維の持つ柔軟性などの繊維物性が維持されているため、モノフィラメントとして用いるだけでなく、マルチフィラメント等に加工して用いることができる。

本発明の導電性繊維は、芯繊維の周囲に高い導電性を持つ導電性層が付着しているため導電性能が高く、平均抵抗率が、０．１〜１．０×１０^３［Ω／ｃｍ］となっており。このため、従来のカーボンを用いた導電性繊維が静電防止などのための除電性を有するにとどまっていたのに対し、本発明の導電性繊維は、高い導電性を有するため、ウェアラブルデバイスのセンサー等として利用することができる。

さらに、本発明の導電性繊維は、新規な紡糸方法によって芯繊維に導電性層を付着させることにより、芯繊維の周囲に導電性層が強固に付着しているため、耐摩耗性や耐洗濯性が向上する。特に、芯繊維の形状が、多葉形、歯車形、ドッグボーン形、Ｔ字形、Ｖ字形等である場合には、紡糸時に毛細管現象により芯繊維のくぼみに導電性層が入り込むため、導電性層が摩耗しにくく、耐摩耗性や耐洗濯性が向上する。

本発明の導電性繊維を、ＪＩＳＬ０２１７の１０３号に準拠して１０回洗濯した後の電気抵抗値は、洗濯前の電気抵抗値に対して、約１〜３倍程度となっている。

本発明の導電性繊維は、複合繊維単独で形成された糸条であってもよく、綿、麻、ウール、絹等の天然繊維、レーヨン、キュプラ等の再生繊維、又はアセテート繊維等の半合成繊維のうち、一種又は二種以上と組み合わせた複合糸であってもよい。
合成繊維単独で形成された糸条は、モノフィラメント糸、双糸、マルチフィラメント糸、加工したマルチフィラメント糸、紡績糸、テープヤーン、又はこれらの組み合わせのいずれであってもよい。

以下、本発明の実施例及び比較例を説明する。ただし、以下の実施例及び比較例は、発明の内容の理解を助けるためのものであり、本発明を限定するものではない。

＜導電性繊維の作製＞
（実施例１）
１）芯繊維の原料溶液の調整
ポリイミド（宇部興産社製）をＮ-メチル-２-ピロリドンに溶かし、７．５ｗｔ％ポリイミド・ピロリドン溶液を調製した。

２）導電性層（導電性補助糸）の原料溶液の調製
ＣＮＴ(Ｎａｎｏｃｙｌ社製多層ＣＮＴ)及びポリイミド（宇部興産社製）をＮ-メチル-２-ピロリドンに溶かしつつＣＮＴを十分に分散させ、４ｗｔ％ＣＮＴ・２ｗｔ％ポリイミド・ピロリドン溶液を調製した。

３）導電性繊維の紡糸
図１で示す工程のとおり、１）で調製した芯繊維の原料溶液及び２）で調製した導電性層の原料溶液を用いて、芯繊維が歯車形となる二重構造紡糸口金（図１の３）を用い、水を凝固液とした湿式紡糸によって紡糸し、導電性繊維を作製した。

（実施例２）
１）芯繊維の原料溶液の調整
ミクロフィブリル化されたセルロース（ダイセル社製）を１．５Ｍの銅アンモニア水溶液に溶かし、１０ｗｔ％セルロース水溶液を調製した。

２）導電性層（導電性補助糸）の原料溶液の調製
ＣＮＴ(Ｎａｎｏｃｙｌ社製多層ＣＮＴ)及びミクロフィブリル化されたセルロース（ダイセル社製）を１．５Ｍの銅アンモニア水溶液に溶かしつつＣＮＴを十分に分散させ、４ｗｔ％ＣＮＴ・２ｗｔ％セルロース水溶液を調製した。

（実施例３）
１）芯繊維の原料溶液の調整
酢酸セルロース（ダイセル社製）をアセトンに溶かし、１５ｗｔ％酢酸セルロースアセトン溶液を調製した。

２）導電性層（導電性補助糸）の原料溶液の調製
ＣＮＴ(Ｎａｎｏｃｙｌ社製多層ＣＮＴ)をＮ-メチル-２-ピロリドンに溶かしつつＣＮＴを十分に分散させて調製したＣＮＴ・ピロリドン溶液と、酢酸セルロース（ダイセル社製）をアセトンに溶かして調製した酢酸セルロース・アセトン溶液とを混合し、４ｗｔ％ＣＮＴ・５ｗｔ％酢酸セルロース混合液を調製した。

（実施例４）
１）芯繊維の原料溶液の調整及び導電性層（導電性補助糸）の原料溶液の調製
実施例３と同様に芯繊維の原料溶液と導電性層の原料溶液を調整した。

２）導電性繊維の紡糸
１）で調製した芯繊維の原料溶液及び導電性層の原料溶液を、芯繊維が歯車形となる乾式紡糸用の二重構造紡糸口金を用いて射出し、射出直後に１８０℃の熱風中を通過させて原料溶液の溶媒を蒸発させ、その後、水を凝固液とする湿式紡糸によって紡糸し、導電性繊維を作製した。
＜導電性繊維の線抵抗値測定＞

実施例１ないし４の導電性繊維の線抵抗値は、以下の表のとおり、いずれも高い導電性を有した。

＜導電性繊維の耐久性測定＞

実施例１ないし４の導電性繊維を、ＪＩＳＬ０２１７の１０３号に準拠して１０回洗濯した後、その電気抵抗値を測定した。いずれの実施例における導電性繊維も、洗濯前の電気抵抗値に対して約１〜３倍程度となっており、高い耐摩耗性や耐洗濯性を有していた。

１：芯繊維用ポリマー用原料溶液タンク
２：導電性層（導電性糸）用ポリマー及びＣＮＴ分散液の混合液用タンク
３：二重構造紡糸ノズル
４：凝固浴槽
５：導電性繊維

Claims

芯繊維と芯繊維の周囲に付着する導電性層からなる複合繊維を含み、
該芯繊維の周囲に付着する導電性層は、湿式紡糸、乾式紡糸、又は乾湿式紡糸によって形成され、
該導電性層は、ナノカーボンを含む、
導電性繊維。
芯繊維の横断面形状が、多葉形、歯車形、ドッグボーン形、Ｔ字形、又はＶ字形であり、当該芯繊維の周囲に付着する導電性層が当該芯繊維のくぼみに入り込んだ構造の、請求項１記載の導電性繊維。
芯繊維の平均繊維径が約５μm〜５０μmであり、導電性層の厚さが２０ｎｍ〜１０μｍである、請求項１又は２記載の導電性繊維。
平均抵抗率が、約０．１〜１．０×１０^５［Ω／ｃｍ］である、請求項１、２、又は３記載の導電性繊維。