JP4737742B2 - 導電性仕上げを施されたアラミドフィラメントヤーン - Google Patents

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Description

本発明は、導電性仕上げを施されたアラミドフィラメントヤーン、そのようなヤーンの製法、前記ヤーンの使用、および前記ヤーンを含んでなるケーブルに関する。
ヤーンに関するよくある問題として、特定の用途に用いられたときにヤーンが破断することが挙げられる。ヤーンの破断は、過負荷、疲労または磨耗の結果として起こり得る。接地ケーブルも、齧歯動物によって破損を被ることがある。エレベーター用ケーブルにおいては、ケーブルの破断は深刻な安全性の問題である。アラミド強化エレベーター用ケーブルに、例えば、１種以上のカーボンヤーンまたは金属線を破断検出器として付与することが知られている。しかしながら、そのような処理を施されたアラミド強化ケーブルは、そのような処理を施されていないアラミドヤーンのみから作られたケーブルと同じ機械的性質は有してはいない。さらに、そのようなカーボンヤーンまたは金属線の破断特性がアラミドヤーンの破断特性と異なっていることにより、アラミド強化ケーブルの破断の兆候が正確に把握し難くなっている。ケーブルの主な強化材と比較した非アラミドヤーンの他の機械的性質が、ケーブルの破断の予測をかなり困難なものにしている。十分な導電性を有する一方で、前記ケーブル内の未処理のアラミドヤーンと同じ機械的性質も有するアラミドヤーンを提供することができれば有利である。
上記問題の解決策がいくつか提案されている。ＷＯ９７４８８３２には、ニッケルのごとき金属と酸とで被覆されたヤーンが開示されている。そのような処理によって金属化ヤーンが得られるが、前記酸処理によって繊維表面が損傷することがあり、結果として靭性および／または伸び特性を損なうことになる。ＷＯ９３２５７４８には、粒子状黒鉛材料を膨張溶媒に分散させたものでアラミド繊維を処理する方法が開示されている。この方法の場合も、その使用によって繊維表面が損傷するという危険性がある。さらに、両方法とも非常に複雑であり、時間がかかるため、費用がかかる。
静電防止加工を施されたアラミド繊維およびアラミドヤーンも当該技術分野において周知である。米国特許第５，４７８，６４８号には、シート材料を製造するのに有用な性質を有する、紡糸仕上げを施されたアラミド繊維が開示されている。これらの繊維はリン酸エステルおよび／またはホスホン酸エステル系の静電防止加工剤を含有するが、２．５×１０４Ωｃｍといったような非常に低い比電気抵抗を有するとは開示されていない。同様に、米国特許第５，６７４，６１５号には繊維シート材料用アラミド繊維が開示されているが、非常に低い比電気抵抗を有するとは報告されていない、また、欧州特許第４１６，４８６号には、エラストマー材料およびプラスチック材料を強化するのに用いられる、比電気抵抗が比較的高い加工アラミドヤーンが開示されている。ＷＯ９２１５７４７には、静電防止コーティングを施されたアラミド繊維が開示されている。これらは、ベルト、ロープ、光ケーブル、ゴムおよび複合材料を強化するのに用いることができる。これらの文献に開示されているケーブルについて、非常に低い比電気抵抗を有するとも、エレベーター用ケーブルにおける破断検出器として好適に使用できるとも報告はされていない。
従って、本発明は、時間がかからず、費用もあまりかからず、そして繊維を損傷する危険性が全く無い簡便な方法であって、非常に低い比電気抵抗を有し、特にエレベーター用ケーブルにおける破断検出器として使用される加工繊維を提供するための前記方法を用いて、前記問題の解決策を提供する。２０℃の水中において５０重量％仕上げ剤組成物として測定したときに４ｍＳ／ｃｍよりも高い導電性を有する有機物質を１．５重量％よりも多い量で含有する仕上げ剤を施されたアラミドフィラメントヤーンであって、２．５×１０４Ωｃｍよりも低い比電気抵抗を有する前記アラミドフィラメントヤーンは、その機械的性質に影響を及ぼすこと無く、破断検出器として用いられるのに十分な導電性を有する。これは、例えば、米国特許第５，８３４，９４２号により知られるカーボンヤーンおよび金属線のごとき、アラミド強化エレベーター用ケーブルおける破断検出器としてのカーボンヤーンまたは金属線の使用に対してかなり有利である。前記有機物質で処理されたヤーンであって、破断したヤーンの導電性は、磨耗または疲労によって生じる破断によって低下し、ケーブルの残りの寿命についての情報を利用者に与える。ヤーンまたはケーブルの導電性は、レジスタンシーまたはマルチメーターで求めることができる。導電性有機物質を（ＣＯＳ）を含有する仕上げ剤をアラミドフィラメントヤーンに塗布すると、そのヤーンの電気抵抗が低下する。仕上げ剤の量および塗布される有機物質の導電性に依存して、処理されたヤーンは、そのまま、または、処理されていないアラミドフィラメントヤーンと組み合わされて、（エレベーター、ベアラー、接地）ケーブルにおける早期破断検出器として用いられることが可能である。あるいは、その電気抵抗が低いことにより、例えばレコードプレーヤー、磁気テープ、コンパクトディスク等の上に載せて静電気を取り除く付属品（ブラシ、ローラー）に用いることも可能である。
前記導電性有機物質は、紡糸工程または別の工程において、比較的速いヤーン速度で、（乾燥前もしくは乾燥後、そのまま若しくは水の如き溶媒で希釈して）紡糸仕上げ剤として、湿ったまたは乾燥したヤーンに塗布することができる。
２重量％よりも多い、導電性が３０ｍＳ／ｃｍよりも高い導電性有機物質で処理されたアラミドフィラメントヤーンが好ましい。さらに好ましいのは、２重量％よりも多い、導電性が４１ｍＳ／ｃｍよりも高い導電性有機物質で処理されたヤーンである。前記ヤーンの比電気抵抗は、好ましくは２×１０３Ωｃｍ未満であり、さらに好ましくは１０３Ωｃｍ未満である。ＣＯＳの特に好適な量は３〜１２重量％であり、さらに好ましくは４〜９重量％である。「重量％」は、仕上げ剤を除いたヤーンの総重量に基づく。

本発明において好適に用いられる有機物質とは、静電気を帯びることができる酸基または塩基基を有する塩または物質である。酸基を有する物質は、好ましくは、カルボキシレート基、ホスホネート基またはスルホネート基を有する。塩基基を有する物質は、好ましくは、アミン基を有する。特に好ましい物質は、脂肪酸、炭酸、（シクロ）アルキルホスフェート、（シクロ）アルキルホスホネート、（シクロ）アルキルサルフェート、（シクロ）アルキルスルホネート、イミダゾリン誘導体、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）のごときポリマー等である。
前記アラミドヤーンはポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）（ＰＰＤＴ）で形成されていることが好ましいが、他のモノマーを少量含有していてもよい。
ＣＯＳは、当該技術分野において周知である慣用の方法によってヤーンに塗布される。ＣＯＳは溶液の形態で塗布してもよい。溶媒としては、任意の好適な溶媒、例えばアルコール、エーテル、テトラヒドロフラン、アセトン、ベンゼン、トルエン、エチルアセテート、ジクロロメタン等でよい。一部のＣＯＳは、そのまま塗布することができる含水製品として販売されている。
塗布されるＣＯＳの好適な量は、当該技術分野において周知である簡単な導電性測定法によって容易に求めることができる。ＣＯＳの導電性またはＣＯＳの溶液の導電性が分かれば、当業者は、特定の用途に必要とされる量の仕上げ剤を容易に塗布することができる。
さらに本発明は、これらのヤーンのケーブルへの使用および前記ヤーンを含んでなるケーブルに関する。前記ヤーンを含んでなるケーブルは、前記処理を施されていないアラミドヤーンで形成されたケーブルと同じ機械的性質を有する。本発明は、カーボンファイバーのごとき異なる材料からなる破断検出器を通常は含んでなるエレベーター用ケーブルに特に有用である。これにより、機械的性質が異なるケーブルが得られる。本発明によって、同様のヤーン、すなわち、処理されていないヤーンと、本発明による仕上げ剤で処理された同じまたは同様のヤーンとで構成されるケーブル、特にエレベーター用ケーブル、の製造が可能になる。
仕上げ剤の導電性を測定する方法
本発明による仕上げ剤組成物の導電性を測定するための好適な方法は以下の通りである。
試験対象である十分な量の水性仕上げ剤溶液（５０重量％の水、５０重量％のＣＯＳ）をビーカーに注ぐ。その後、この溶液の導電性を、２０℃の温度において、ＤＩＮ ｎｏｒｍ ３８４０４ Ｔｅｉｌ ８（９．１９８５）に従って測定する。
前記ＣＯＳを含有する仕上げ剤の含水量が５０重量％よりも低いまたは高い場合、脱塩水を添加すること、または、１００℃未満の高温において攪拌しながらホットプレートの上で加熱することによって水を蒸発させることによって、前記仕上げ剤溶液の濃度を５０重量％に調節するべきである。導電性の測定には、Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｌｉｃｈ−Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｗｅｒｋｓｔａｔｔｅｎ ＧｍｂＨ，Ｗｅｉｌｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙの導電性測定器ＬＦ５３７を用いた。
仕上げ剤溶液の含水量は、Ｋａｒｌ Ｆｉｓｃｈｅｒ法によって測定した。Ｋａｒｌ Ｆｉｓｃｈｅｒ試薬による水分の測定の正確な説明は、Ｅｕｇｅｎ Ｓｃｈｏｌｚ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ １９８４による“Ｋａｒｌ Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｔｉｔｒａｔｉｏｎ，Ｍｅｔｈｏｄｅｎ ｚｕｒ Ｗａｓｓｅｒｂｅｓｔｉｍｍｕｎｇ”に記載されている。
特定の電気抵抗を測定する方法
アラミドヤーンの特定の電気抵抗の測定には、２つのポリテトラフルオロエチレンロッドによって隔てられた２つの銅帯で構成されるサンプルホルダーを用いた。前記銅帯間の距離は５２ｍｍである。試験対象であるヤーンを、ＤＣ高電圧電源とＫｅｉｔｈｌｅｙ電位計とに接続された前記２つの銅帯の周りに数回（好ましくは３〜７回）巻き付ける。Ｋｅｉｔｈｌｅｙ電位計を用いて、２０℃および相対湿度６５％において前記銅帯に５００ボルトの電圧を印加した後の電流を測定した。前記ヤーンの比電気抵抗を、オームの法則、前記銅帯間のヤーンの長さ、ヤーンの接続部の数およびヤーンの断面積に基づいて計算した。
本発明を下記実施例によってさらに説明するが、下記実施例は本発明を制限するものではない。
実施例１
本実施例では、導電性有機物質（ＣＯＳ）を含有する仕上げ剤を、これまで乾燥したことがない湿ったままのヤーンに、紡糸工程と一体化した操作において塗布する手順について説明する。濃硫酸（９９．８重量％）白色物を粉末状ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミドと混ぜ合わせることによって紡糸塊を作成した。前記紡糸塊を脱気し、２軸押出成形機において９０℃まで加熱し、そしてフィルターおよびスピニングポンプを介して紡糸口金へと送った。前記紡糸口金は、直径が５９μｍである孔を１，０００個備えていた。前記紡糸塊を前記紡糸孔から押し出した後、長さが８ｍｍであるエアゾーンおよび凝固浴に通した。この浴は、温度が５℃である希釈硫酸水溶液（約１９重量％）であった。このようにして形成されたフィラメント束を、希釈炭酸ナトリウム溶液の入った中和浴および洗浄浴に通した。前記洗浄浴では、フィラメント束を約７５℃の水で入念に洗浄した。付着している余分な水分を一対の圧搾ローラーを用いて取り除いた。次に、乾燥していないフィラメント束に、ＣＯＳを含有する水性仕上げ剤を、液体塗布器および給送ポンプを用いて塗布した。次に、ヤーンを、３つの乾燥ドラム（１６０℃で６巻き、１８０℃で６巻き、２００℃で４巻き）の上を順に通した。ヤーンは、ドラムの表面と合計で５〜６秒間接触した。その後、ヤーンを搬送ドラム（約２０℃で４巻き）の上を通し、４００ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取ってパッケージにした。得られたヤーンの線密度は１，６１０ｄｔｅｘであった。下記処理条件を変化させた（表Ａおよび表Ｂ）。
ａ）ＣＯＳを含有する仕上げ剤の組成
ｂ）ヤーンに対するＣＯＳの量
Figure 0004737742
Figure 0004737742
比較例１
本比較例は、実施例１のヤーンに、Ｔｗａｒｏｎ(登録商標)ヤーンの紡糸に通常用いられる０．９％の非イオン性仕上げ剤を塗布したという実験に関する。仕上げ剤溶液（５０重量％）の導電性は０．００９ｍＳ／ｃｍであった。得られたヤーンは、７．２Ｅ＋０７Ωｃｍの比電気抵抗を示した。
実施例２
本実施例では、導電性有機物質（ＣＯＳ）を含有する仕上げ剤を、乾燥したヤーンに、紡糸工程と一体化した操作において塗布する手順について説明する。実施例１の紡糸塊を、直径が５９μｍである孔を２，０００個有する紡糸口金から押し出した後、実施例１で説明したのと同じエアゾーン、凝固浴、中和浴および洗浄浴に通した。付着している余分な水分を一対の圧搾ローラーを用いて取り除いた。次に、ヤーンを、３つの乾燥ドラム（１６０℃で６巻き、１８０℃で６巻き、２５０℃で４巻き）の上を順に通した。ヤーンは、ドラムの表面と合計で約７秒間接触した。次に、完全に乾燥したフィラメント束に、ＣＯＳを含有する水性仕上げ剤を、液体塗布器および給送ポンプを用いて塗布した。その後、ヤーンを搬送ドラム（約２０℃で４巻き）の上を通し、３００ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取ってパッケージにした。得られたヤーンの線密度は３，２２０ｄｔｅｘであった。下記処理条件を変化させた（表Ｃおよび表Ｄ）。
ａ）ＣＯＳを含有する仕上げ剤の組成
ｂ）ヤーンに対するＣＯＳの量
ｃ）仕上げ剤溶液の濃度
Figure 0004737742
Figure 0004737742
実施例３
本実施例では、導電性有機物質（ＣＯＳ）を含有する仕上げ剤を、乾燥したヤーンに、紡糸工程とは直接関係無く塗布することについて説明する。市販のＴｗａｒｏｎ(登録商標)２２００（１６１０ｄｔｅｘ／ｆ１０００）ヤーンを下記処理に附した。ヤーンパッケージを回転させて巻き解きながら、ヤーンを連続的に液体塗布器の上および蒸気室（温度：２４０℃、滞留時間：８秒間）内に通し、最終的に７５ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取ってパッケージにした。液体塗布器および給送ポンプを用いて、表Ｅおよび表Ｆに記載されている仕上げ剤をヤーンに塗布した。下記処理条件を変化させた。
ａ）ＣＯＳを含有する仕上げ剤の組成
ｂ）ヤーンに対するＣＯＳの量
ｃ）仕上げ剤溶液の濃度
Figure 0004737742
Figure 0004737742
実施例４
本実施例では、導電性有機物質（ＣＯＳ）を含有する仕上げ剤を、乾燥したヤーンに、紡糸工程とは直接関係無く塗布することについて説明する。市販のＴｗａｒｏｎ(登録商標)２２００（３２２０ｄｔｅｘ／ｆ２０００）ヤーンを下記処理に附した。ヤーンパッケージを巻き解きながら、ヤーンを連続的に二回転キスロールの上および熱風炉（温度：１８０℃、滞留時間：１８秒間）内に通し、最終的に１００ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取ってパッケージにした。二回転キスロールを用いて、表Ｇおよび表Ｈに記載されている仕上げ剤をヤーンに塗布した。下記処理条件を変化させた。
ａ）ＣＯＳを含有する仕上げ剤の組成
ｂ）ヤーンに対するＣＯＳの量
ｃ）仕上げ剤溶液の濃度
Figure 0004737742
Figure 0004737742
実施例５
本実施例では、導電性有機物質（ＣＯＳ）を含有する仕上げ剤を、仕上げ剤を塗布されていない乾燥したヤーンに、紡糸工程とは直接関係無く塗布することについて説明する。仕上げ剤を塗布されていないＴｗａｒｏｎ(登録商標)（１６１０ｄｔｅｘ／ｆ１０００）ヤーンのパッケージを下記処理に附した。ヤーンパッケージを巻き解きながら、ヤーンを連続的に液体塗布器の上および熱風炉（温度：９０℃、滞留時間：３２秒間）内に通し、最終的に５０ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取ってパッケージにした。液体塗布器および給送ポンプを用いて、表Ｋおよび表Ｌに記載されている仕上げ剤をヤーンに塗布した。下記処理条件を変化させた。
ａ）ＣＯＳを含有する仕上げ剤の組成
ｂ）ヤーンに対するＣＯＳの量
ｃ）仕上げ剤溶液の濃度
Figure 0004737742
Figure 0004737742

Claims (10)

  1. ２０℃の水中において５０重量％仕上げ剤組成物として測定したときに４ｍＳ／ｃｍよりも高い導電性を有する有機物質を、仕上げ剤を除くヤーンの総重量に対して１．５重量％よりも多い量で含有する仕上げ剤を施されたアラミドフィラメントヤーンであって、２．５×１０４Ωｃｍよりも低い比電気抵抗を有する破断検出器として使用される前記アラミドフィラメントヤーン。
  2. ２０℃の水中において５０重量％仕上げ剤組成物として測定したときに３０ｍＳ／ｃｍよりも高い導電性を有する有機物質を、仕上げ剤を除くヤーンの総重量に対して２重量％よりも多い量で含有する仕上げ剤を施されたアラミドフィラメントヤーンであって、２×１０３Ωｃｍよりも低い比電気抵抗を有する、請求項１に記載のアラミドフィラメントヤーン。
  3. ２０℃の水中において５０重量％仕上げ剤組成物として測定したときに４１ｍＳ／ｃｍよりも高い導電性を有する有機物質を、仕上げ剤を除くヤーンの総重量に対して２重量％よりも多い量で含有する仕上げ剤を施されたアラミドフィラメントヤーンであって、１０３Ωｃｍよりも低い比電気抵抗を有する、請求項１または２に記載のアラミドフィラメントヤーン。
  4. 有機物質の溶液を、仕上げ剤を除いたヤーンの総重量に対して前記有機物質の量が１．５重量％よりも多くなるように、アラミドヤーンに塗布することからなる２．５×１０４Ωｃｍよりも低い比電気抵抗を有する請求項１に記載のヤーンを製造する方法であって、
    有機物質が２０℃の水中において５０重量％仕上げ剤組成物として測定したときに４ｍＳ／ｃｍよりも高い導電性を有することを特徴とする、前記方法。
  5. 電流を運ぶための請求項１〜３のいずれか１項に記載のヤーンの使用。
  6. アラミド含有材料において電流を運ぶための請求項５に記載の使用。
  7. エレベーター用ケーブルにおいて電流を運ぶための請求項５に記載の使用。
  8. 主にアラミドヤーンで構成されるエレベーター用ケーブルにおいて電流を運ぶための請求項５に記載の使用。
  9. アラミドヤーンおよび破断検出器としての少なくとも１種のアラミドフィラメントヤーンで構成されるケーブルであって、前記アラミドフィラメントヤーンが、２０℃の水中において５０重量％仕上げ剤組成物として測定したときに４ｍＳ／ｃｍよりも高い導電性を有する有機物質を、仕上げ剤を除くヤーンの総重量に対して１．５重量％よりも多い量で含有する仕上げ剤を施され、ヤーンの比電気抵抗が２．５×１０４Ωｃｍよりも低い前記ケーブル。
  10. 前記ケーブルがエレベーター用ケーブルである、請求項９に記載のケーブル。
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