JP4353926B2

JP4353926B2 - 導電性不織布の製法

Info

Publication number: JP4353926B2
Application number: JP2005209341A
Authority: JP
Inventors: 俊晋妹尾; 善久太田
Original assignee: Yuho Co Ltd
Current assignee: Yuho Co Ltd
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2025-07-20
Also published as: JP2007023440A

Description

この発明は、合成繊維に少量の炭素繊維を混入した導電性不織布の製法に関し、得られた導電性不織布は、例えば廃棄物処分場に敷設される遮水シートに挟設して用い、遮水シートの破損による漏水箇所の検知に利用される。

廃棄物処分場の漏水検知システムとして、下記の特許文献１には、上下２枚の遮水シート間に多数の漏水検知電極を所定の間隔で網目配置したものにおいて、上記の漏水検知電極を内接させて挟持もしくは内包した半導電材を挟設することが開示され、この半導電材として、導電性を有する不織布やクッション材、金属メッキを施した繊維で製造された導電布を用いることが例示されている。
特開２０００−２０２３９２号公報

一方、導電性不織布として、ポリエステル繊維やポリプロピレン繊維等の汎用繊維に導電性の炭素繊維または銅メッキ繊維を混入することが知られている。例えば、下記の特許文献２には、ポリアクリロニトリル系炭素繊維７５〜９７質量％、セルロース２５〜３質量％からなる導電性不織布が開示されている。しかしながら、産業廃棄物処分場の遮水シート間に挟設させる不織布は、産業廃棄物処分場という使用条件が厳しい場所での長期使用に耐えるため、目付量１ｋｇ／m²、厚さ１０ｍｍ程度の丈夫なものが要求され、使用面積も一敷設当たり１万平方メートル以上の大規模なものが多いため、高価な炭素繊維を１０％以上も混入することは経済的に許されなかった。
特開２００４−３５３１２４号公報

そして、炭素繊維を不織布中に均一に分散させ、不織布の導電性を各部で均一に揃えることが必要になるが、市販の炭素繊維は、数千本〜数万本の合成繊維フィラメントをストランド形態で炭化したのち収束剤で固められているため、不織布用として長さ５０ｍｍ程度に切断してチョップドファイバーとした場合も開繊が困難であって、そのため、混入量を１０％以下に少なく設定した際は均一分散が一層困難になっていた。なお、下記の特許文献３には、炭素繊維を均一に分散させるため、炭素繊維およびポリプロピレン繊維を個別に開繊したのち両者を混合し、しかるのち２度目の開繊を行なうことが開示されているが、この方法は、炭素繊維のチョップドファイバーを単独で開繊する際に炭素繊維が折損して短くなり、導電性が低下するので、漏水箇所検知用の導電性不織布には採用できない。
特開２００４−４３９８５号公報

この発明は、合成繊維を主体とし、炭素繊維の混率が１０％以下の不織布であって、しかも炭素繊維が均一に分散して電気伝導度が各部で均一であり、例えば産業廃棄物処分場における遮水シートの漏水箇所検知に使用することが可能な導電性不織布を通常の不織布製造工程で製造することを可能にするものである。

この発明に係る導電性不織布の製法は、炭素繊維のチョップドファイバーとポリエステル繊維またはポリプロピレン繊維のステープルとを１／９９〜１０／９０の質量比で混合し、開繊して得られた複数枚のカードウエッブを積層し、ニードルパンチ法で予備パンチを施し、この予備パンチで得られたプレパンラップの１枚または複数枚の積層体にニードルパンチ法で仕上げパンチを施す導電性不織布の製法において、上記の予備パンチで得られたプレパンラップ上で所定距離だけ離れた２点間の電気抵抗を測定し、その測定値が所定範囲にあるプレパンラップを次工程に送って仕上げパンチを施すことを特徴とする。

この発明で用いる炭素繊維は、繊維径５〜１０μｍ、長さ３０〜８０ｍｍのものであり、その数千本〜数万本が収束剤で固められた市販のチョップドファイバーの形態で用いられる。このチョップドファイバーは、メーカーや用途による収束剤の質や使用量によって開繊の容易さ、すなわちばらけて繊維１本ずつに分離し綿状に広がる性質に差があるが、プレパンラップに加工した段階で、該プラパンラップの電気抵抗を測定することにより、仕上げパンチして得られる製品不織布の導電性を予測することができ、同時に開繊が十分か否かを知ることができる。すなわち、チョップドファイバーがばらけ易く、その開繊が容易な場合は、不織布中に炭素繊維が均一に分散して不織布の導電性が良好になり、反対にチョップドファイバーがばらけ難く、開繊が困難な場合は、チョップドファイバーが十分に開繊されずに残ることにより、炭素繊維の偏りが生じて製品不織布の導電性が低下する。

したがって、チョップドファイバーとポリエステル繊維またはポリプロピレン繊維のステープルとをラチスコンベヤー上に所定の混率で供給し、開繊してカードウエッブを製造し、得られたカードウエッブの複数枚を積層し、予備パンチを施してプレパンラップとし、このプレパンラップの電気抵抗を測定し、その測定値が所定範囲にあるプレパンラップを用い、これに仕上げパンチを施すことにより、所望の導電性を備えた不織布が得られる。そして、上記プレパンラップにおけるニードルパンチの針密度は、予備パンチの分だけで、仕上げパンチを施したものに比して著しく低いので、上記の電気抵抗が所定範囲から外れたプレパンラップは、前工程に戻して再開繊を行い、再びカードウエッブに加工し、これを積層してプレパンラップとすることができる。他方、仕上げパンチを施した後は、予備パンチに仕上げパンチが加わり、かつ仕上げパンチが表裏両面から行なわれて針密度が大幅に上昇し、繊維同士が強固に交絡しているため、製品不織布の導電性が不足したからといって、これを前工程に戻して再開繊を行っても、炭素繊維の損傷が多くなって導電性が更に低下し、そのため再開繊による再利用は不可能である。

この発明では、炭素繊維とポリエステル繊維またはポリプロピレン繊維の混合比が質量比で１／９９〜１０／９０、好ましくは１／９９〜５／９５に設定される。この質量比が１／９９未満では導電性が不足し、また１０／９０を超えると、導電性が過度になり易く、かつ廃棄物処分場の漏水箇所検知用としては経済的でなくなる。そして、上記の炭素繊維および汎用繊維は、上記の比率でラチスコンベヤー上に供給することにより混合し、しかるのち通常の開繊装置、好ましくはフェアノートを用いた通常の開繊装置で開繊し、ホッパーフィーダー経由でカードに送ってカードウエッブとし、このカードウエッブの２０〜４０枚を積層し、ニードルパンチ法で予備パンチを施してプレパンラップを得る。このプレパンラップの目付量７０〜１８０ｇ／m²が好ましく、また予備パンチの針密度は、１０〜３０本／ｃｍ^２が好ましい。

この発明では、前記のとおり、プレパンラップの電気抵抗を測定し、その測定値で選択されたプレパンラップを次工程に送り、その１枚を用い、または所定枚数を積層し、しかるのちニードルパンチ法による仕上げパンチを施して製品化する。この場合、製品となる不織布の目付量は用途に応じて適宜に設定されるが、前記遮水シートの漏水箇所検知を目的とする場合の目付量は、０．３〜２ｋｇ／ｍ²が好ましく、その厚さは３〜２０ｍｍが好ましい。また、仕上げパンチは、表と裏の両側からそれぞれ針密度１０〜３０本／ｃｍ²で行なうのが好ましく、この針密度が不足した場合は不織布が強力不足となり、反対に過剰の場合は炭素繊維の損傷原因となる。そして、前記のとおりプレパンラップとして電気抵抗が１００〜１５００Ωのものを選択し、これを１枚用い、または複数枚を積層し、仕上げパンチを施して製品化した場合、得られた導電性不織布の電気抵抗は、プレパンラップと同様の方法で測定したとき、測定値が所望の抵抗値５０〜９００Ωに収まり、市場の要求を満たすことが確認された。

なお、前記市販のチョップドファイバーは、開繊の容易なものを選択して用いることができ、その場合は、開繊不十分で導電性が不足するプレパンラップの発生割合が大幅に減少し、プレパンラップの生産性が向上する。ただし、この選択基準に合格するチョップドファイバーのみを用いる必要はなく、この選択基準から外れるチョップドファイバーであっても、前記プレパンラップの電気抵抗が所定範囲に入る限度内で混用が可能である。

上記の開繊容易なチョップドファイバーの選択方法は任意であり、チョップドファイバー、すなわち数千本〜数万本の炭素繊維ステープルが平行に揃えられ収束剤で固められた棒状の炭素繊維束を指でつまんで転がすことによりばらけさせ、その広がり幅で判定する方法、平板上に置いたチョップドファイバーに丸棒を交差状に重ね、所定圧を加えながら転がしてばらけさせ、広がり幅で判定する方法、または所定容積の容器に上記炭素繊維のチョップドファイバーを所定量投入し、所定圧力の圧縮空気を所定寸法のパイプから所定時間吹付けることにより開繊させ、綿状化して見かけ体積を増大させ、この見かけ体積から判定する方法等が例示されるが、本件発明者の実験によれば、圧縮空気を吹付ける方法が個人差による誤差が少なく、再現性に優れる点で好ましい。

上記の圧縮空気を吹付ける方法としては、容量１Ｌのフラスコに２ｇの炭素繊維チョップドファイバーを投入し、このフラスコに内径４ｍｍ、長さ３０ｃｍのパイプを差し込み、このパイプから圧力０．１ＭＰaの圧縮空気を上記のチョップドファイバーに１秒間吹き付けて上記のチョップドファイバーをばらけさせ、開繊して見掛け体積を増大させ、この見掛け体積で判定する方法（以下、「判定法Ａ」という）が好ましい。そして、この見掛け体積の選択基準は、５０ｃｃ以上、好ましくは８０ｃｃ以上、最も好ましくは１００ｃｃ以上に設定される。見掛け体積が５０ｃｃに満たない場合は、通常の開繊工程では十分な開繊ができず、そのためプレパンラップに加工した際、炭素繊維の混率１０％以下では所望の導電性が得られない。

また、この発明では、前記の予備パンチで得られたプレパンラップ上で所定距離だけ離れた２点間の電気抵抗を測定し、その測定値が所定範囲にあるプレパンラップを選択して使用する。具体的には、上記のプレパンラップを絶縁板上に重ね、このプレパンラップ上に２枚の板状電極を所定間隔で置き、この２枚の電極間の電気抵抗を測定するが、電極の面積が小さい場合は、炭素繊維の長さのバラツキをカバーできず、測定誤差が大きくなり、反対に大きい場合は、電極板が重くなり、取扱いが不便になる。また、軽い場合は不織布との面接触が不十分となり、測定値が安定せず、重い場合は取扱いが不便となる。そして、電極板の間隔が狭いと測定値のバラツキが大きくなり、反対に広いとサンプルが大きくなり無駄になる。

特に産業廃棄物処分場に敷設される遮水シートの漏水箇所検知を目的とする場合は、上記の電極としてステンレス鋼板からなる直径１００ｍｍ、質量６００ｇの電極を用い、この２枚の電極の間隔を１ｍに設定する方法（以下、「判定法Ｂ」という）が好ましく、この場合は測定値のバラツキが少なく、判定が容易である。また、ステンレス鋼板は、表面が錆び難く、測定のバラツキが小さい点で好ましい。そして、上記の目的に用いるプレパンラップの電気抵抗による判定基準は、１００〜１５００Ω、好ましくは２００〜９００Ωに設定される。上記の電気抵抗が１００Ω未満または１５００Ω超の場合は、市場要求を満たす製品不織布を得ることが困難になる。

この発明に係る導電性不織布の製法は、炭素繊維として市販のチョップドファイバーを用いながら、その混率を１〜１０％と低くし、しかも産業廃棄物処分場における遮水シートの漏水箇所検知用として好適な導電性不織布を製造することができる。また、プレパンラップの電気抵抗測定で除外されたプレパンラップは前工程に戻し、再開繊して利用することが可能であるため、炭素繊維を含む繊維原料の無駄が生じない。特に請求項２に係る発明は、開繊の不十分により導電性が不足するプレパンラップの発生割合が大幅に減少し、プレパンラップの生産性が向上する。また、上記チョップドファイバーの開繊性を能率的に、かつ正確に判定しながら導電性不織布を製造することができる。また、請求項３に係る発明は、産業廃棄物処分場における遮水シートの漏水箇所を検知するのに必要な導電性を効率的に判定しながら導電性不織布を製造することができる。

炭素繊維（繊維径５〜１０μｍ、長さ３０〜８０ｍｍ）の数千本〜数万本からなる市販のチョップドファイバーから開繊性の良好なチョップドファイバーを前記の判定法Ａによって選択する。そして、この判定法Ａで合格したチョップドストランドとポリエステル繊維またはポリプロピレン繊維のステープル（繊度１〜１０ｄ、繊維長３０〜１００ｍｍ）とを１／９９〜１０／９０、好ましくは１／９９〜５／９５の質量比でラチスコンベヤーに供給し、フェアノートを用いた通常の開繊工程を通し、ホッパーフィーダー経由でカードに供給し、得られたカードウエッブ２０〜４０枚を積層し、ニードルパンチ法で針密度１０〜３０本／ｃｍ²の予備パンチを施し、目付量１５０〜４００ｇ／ｍ²のプレパンラップを作る。次いで、上記プレパンラップの電気抵抗を前記の判定法Ｂで測定し、この判定法Ｂで合格したプレパンラップの１枚を直に、または２〜６枚を重ねてニードルパンチ機に供給し、表と裏からそれぞれ針密度１０〜３０本／ｃｍ²の仕上げパンチを施し、目付量０．３〜２．０ｋｇ／ｍ²、厚さ３〜２０ｍｍの導電性不織布を製造する。

実施例１
アクリル系炭素繊維（繊維径：７μｍ、繊維長：５０ｍｍ）の１２０００本からなる市販のチョップドファイバーから、１ロットに付き２ｇの割合いで試料を採取し、この試料の開繊性を前記の判定法Ａで試験し、見掛け体積１１０ｃｃのロットを選択した。得られた炭素繊維のチョップドファイバーとポリエステル繊維ステープル（繊度：３ｄ、繊維長：５１ｍｍ）とを２／９８の質量比でラチスコンベヤー上に供給し、フェアノートを含む通常の開繊工程に通し、ホッパーフィーダー経由でカード機にかけ、得られたカードウエッブを２８枚積層し、ニードルパンチ機にかけて針密度２８本／ｃｍ²の予備パンチを施し、目付け量３４０ｇ／ｍ²のプレパンラップを作った。このプレパンラップの電気抵抗を前記の判定法Ｂで測定したところ、抵抗値は４８０Ωであった。

次いで、上記のプレパンラップを４枚重ね、ニードルパンチ法で表裏それぞれから針密度２２本／ｃｍ²の仕上げパンチを施し、目付け量１．２ｋｇ／ｍ²、厚さ１２ｍｍの不織布を得た。この不織布の電気抵抗を上記の判定法Ｂで測定したところ、その抵抗値は８５Ωであり、産業廃棄物処分場での漏水箇所検知システム用としての製品規格５０〜９００Ωに収まっていた。

実施例２
上記の実施例１において、炭素繊維のチョップドファイバーとして、判定法Ａによる１秒後の見掛け体積が５５ｃｃのものを用いる以外は、実施例１と同様にして実施例２の不織布を製造した。この実施例２は、判定法Ｂによるプレパンラップの電気抵抗が６２０Ωであり、また製品不織布の抵抗値が１４０Ωであり、製品規格に合格していた。

比較例１
上記の実施例１において、炭素繊維のチョップドファイバーとして、判定法Ａによる１秒後の見掛け体積が２０ｃｃのものを用いる以外は、実施例１と同様にして比較例１の不織布を製造した。この比較例１は、判定法Ｂによるプレパンラップの電気抵抗が３６８０Ωと著しく大きく、また製品不織布の抵抗値が１０３０Ωとなり、製品規格を超えていた。

比較例２
前記の実施例１において、良好な開繊を得るため開繊工程にガーネットタイプを用い、繊維に強い力を加えながら開繊してカードウエッブを製造する以外は、実施例１と同じ繊維と同じ方法で比較例２の不織布を製造した。この場合は、開繊時に炭素繊維の折損が生じ、そのため判定法Ｂによる電気抵抗は４４５０Ωとなり、所定範囲を大幅に超え、また不織布の電気抵抗は１１４０Ωとなり、これも製品規格を超えていた。

Claims

炭素繊維のチョップドファイバーとポリエステル繊維またはポリプロピレン繊維のステープルとを１／９９〜１０／９０の質量比で混合し、開繊して得られた複数枚のカードウエッブを積層し、ニードルパンチ法で予備パンチを施し、この予備パンチで得られたプレパンラップの１枚または複数枚の積層体にニードルパンチ法で仕上げパンチを施す導電性不織布の製法において、上記の予備パンチで得られたプレパンラップ上で所定距離だけ離れた２点間の電気抵抗を測定し、その測定値が所定範囲にあるプレパンラップを次工程に送って仕上げパンチを施すことを特徴とする導電性不織布の製法。
炭素繊維のチョップドファイバーとポリエステル繊維またはポリプロピレン繊維のステープルとを混合するに先立ち、上記炭素繊維のチョップドファイバー２ｇを容量１Ｌのフラスコに投入し、このフラスコに内径４ｍｍ、長さ３０ｃｍのパイプを差し込み、このパイプから圧力０．１ＭＰaの圧縮空気を上記のチョップドファイバーに１秒間吹き付けて上記のチョップドファイバーをばらけさせ、開繊して見掛け体積を増大させ、この見掛け体積が５０ｃｃ以上のものを開繊が容易な炭素繊維のチョップドファイバーとして選択し、この選択で得られた炭素繊維のチョップドファイバーを上記のポリエステル繊維またはポリプロピレン繊維のステープルと混合する請求項１記載の導電性不織布の製法。
プレパンラップの電気抵抗が、絶縁板上に重ねたプレパンラップの上にステンレス鋼板からなる直径１００ｍｍ、質量６００ｇの電極２枚を１ｍの間隔で置いて測定され、この測定値が１００〜１５００Ωのプレパンラップが次工程に送られる請求項１または２記載の導電性不織布の製法。