JP6230093B2 - 芯鞘型導電繊維 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態に係る芯鞘型導電繊維1(以下、導電繊維1ともいう。)は、図1に示すように、導電性を有し、柱状形状であり、さらに高分子を含有する芯部1aと、芯部1aにおける長手方向の側面を覆い、非導電性を有する鞘部1bとを備える。さらに、鞘部1bは芯部1aから任意に剥離される。本実施形態の芯鞘型導電繊維がこのような構成を有することにより、繊維状でも導電性を確保しつつ、電極と接触する部分以外は絶縁性を持たせることができる。そのため、当該導電繊維は、導通回路等の形成に用いることが可能となる。
次に、本実施形態の芯鞘型導電繊維の製造方法について説明する。上記芯鞘型導電繊維は、湿式紡糸や電界重合などの方法で得られた芯部となる繊維の周囲に、鞘部を構成する材料を設けることにより製造することができる。具体的には、次のようにして製造することができる。
まず、芯部形成用の混合溶液を調製する。芯部1aとして導電性高分子繊維を用いる場合には、導電性高分子を水又は有機溶剤に溶解した混合溶液を用いる。この混合溶液には、必要に応じてドーパントを添加する。また、芯部1aとしてマトリックス樹脂に導電体を分散させた高分子繊維を用いる場合には、マトリックス樹脂の材料及び導電体を水又は有機溶剤に分散した混合溶液を用いる。
次に、上述のようにして得られた芯部の周囲に鞘部を形成する。まず、鞘部を構成する樹脂素材を水又は有機溶剤に溶解して、鞘部用の混合溶液を調製する。鞘部用混合溶液中の濃度は組成、重合度、溶媒によって異なるが、10〜50wt%の範囲であることが好ましい。混合溶液の塗布時の液温は、混合溶液が分解しない範囲であり、また芯部に塗布可能な温度であることが好ましく、具体的には0〜80℃程度とすることが好ましい。また、本発明の効果を損なわない範囲であれば、混合溶液には上記原材料以外にも、目的に応じて、難燃剤、酸化防止剤、凍結防止剤、pH調整剤、隠蔽剤、着色剤、油剤、特殊機能剤などの添加剤などが含まれていてもよい。更にこれらは、一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
ポリビニルアルコール(PVA)(株式会社クラレ製ポバールPVA−117H)を濃度が7wt%となるように水に溶解させ、PVA水溶液を調製した。さらに、導電性素材としてのPEDOT/PSSを1.3wt%の濃度で分散させた水分散液(エイチ・シー・スタルク株式会社製CLEVIOS P AG)を、濃度が3wt%となるまで濃縮し、導電性素材の分散液を調製した。なお、上記水分散液の濃縮は、70℃のホットスターラー上で水分散液を加熱することにより行った。
導電性素材としてのカーボンブラック(三菱化学株式会社製)を、上記実施例1で調製したPVA水溶液に、濃度が20wt%となるように分散させた。そして、得られたカーボンブラック分散水溶液をポリエステル繊維(中央繊維資材株式会社製、グンゼポリーナ)の表面にコーティングし、乾燥させることにより、導電性高分子繊維を得た。なお、カーボンブラック分散水溶液をポリエステル繊維にコーティングする際、乾燥後におけるカーボンブラック及びPVAの混合物とポリエステル繊維との断面積比が50:50になるように、コーティング量を調整した。また、得られた導電性高分子繊維は、電気抵抗率が100Ω・cmで、直径が100μmであった。
導電性高分子繊維として、銀コーティング繊維(シルバーコートナイロン繊維、紹興運佳紡織品有限公司製)を用いた。この導電性高分子繊維は、電気抵抗率が0.01Ω・cm、直径が50μmであった。
導電性素材としての酸化亜鉛(ZnO、純正化学株式会社製)を、上記実施例1で調製したPVA水溶液に、濃度が20wt%となるように分散させた。そして、得られた酸化亜鉛分散水溶液をポリエステル繊維(中央繊維資材株式会社製、グンゼポリーナ)の表面にコーティングし、乾燥させることにより、導電性高分子繊維を得た。なお、酸化亜鉛分散水溶液をポリエステル繊維にコーティングする際、乾燥後における酸化亜鉛及びPVAの混合物とポリエステル繊維との断面積比が50:50になるように、コーティング量を調整した。また、得られた導電性高分子繊維は、電気抵抗率が10Ω・cmで、直径が10μmであった。
実施例1で調製した、濃度が3wt%であるPEDOT/PSSの分散液をポリエステル繊維(中央繊維資材株式会社製、グンゼポリーナ)の表面にコーティングし、乾燥させることにより、導電性高分子繊維を得た。なお、PEDOT/PSS分散液をポリエステル繊維にコーティングする際、乾燥後におけるPEDOT/PSSとポリエステル繊維との断面積比が50:50になるように、コーティング量を調整した。また、得られた導電性高分子繊維は、電気抵抗率が1Ω・cmで、直径が60μmであった。
濃度が5wt%のポリピロール水溶液(アルドリッチ株式会社製)を、20フィラメントの吐出口金を用いて、ノズル径を820μm、吐出速度を180ml/hで、−10℃のアセトン槽(脱溶媒槽)中に押し出し、湿式紡糸した。そして、得られた繊維を110℃の熱処理炉中を3分間で通過させ、巻取り機により1.5m/min.の速度で巻き取った。これにより、直径10μm、抵抗率1Ω・cmの導電性高分子繊維を20本束ねたバンドルを得た。
実施例1で調製した、濃縮後の導電性素材とPVAの混合物を、ノズル径が420μmの1口の吐出口金を用いて、吐出速度が1×10−4ml/hで、−10℃のアセトン槽(脱溶媒槽)中に押し出し、湿式紡糸した。そして、得られた繊維を110℃の熱処理炉中を3分間で通過させ、巻取り機により1.5m/min.の速度で巻き取った。これにより、直径が1μm、抵抗率が0.1Ω・cmの導電性高分子繊維を得た。
鞘部用混合溶液として、非晶性のポリ塩化ビニル(PVC)(純正化学株式会社製)を溶媒たるシクロヘキサノン(純正化学株式会社製)に溶解し、濃度が15wt%のPVC溶液を調製した。このPVC溶液をコーティング槽で120℃に暖めた後、PVC溶液中に実施例1のバンドルを浸漬させることにより、導電性高分子繊維に塗布した。そして、塗布後の導電性高分子繊維を乾燥させて溶媒を除去した。このようにして、本実施例の芯鞘型導電繊維を得た。
鞘部用混合溶液として、非晶性のポリ塩化ビニル(PVC)(純正化学株式会社製)を溶媒たるシクロヘキサノン(純正化学株式会社製)に溶解し、濃度が17wt%のPVC溶液を調製した。このPVC溶液をコーティング槽で95℃に暖めた後、PVC溶液中に実施例1のバンドルを浸漬させることにより、導電性高分子繊維に塗布した。そして、塗布後の導電性高分子繊維を乾燥させて溶媒を除去した。このようにして、本実施例の芯鞘型導電繊維を得た。
実施例1の芯鞘型導電繊維を横糸に用いて、ポリエステル繊維(中央繊維資材株式会社製、グンゼポリーナ)とともに、40cm幅の平織物を作成した。そして、得られた平織物の両端部の1cm幅に対しスチームアイロン(グループセブ社製)の蒸気をあて、芯鞘型導電繊維の鞘部を剥離した。さらに、その剥離部分に通電用の銅線を設置した。
実施例10で得られた平織物の両端部の1cm幅を180℃に熱して鞘部を溶融させ、芯部を露出させた。そして、その露出部分に通電用の銅線を設置した。
実施例10で得られた平織物の両端部の1cm幅を圧着端子で圧着し、通電用の銅線を設置した。
鞘部用混合溶液の溶質として、非晶性のポリ酢酸ビニル(PVAc)(純正化学株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして本実施例の芯鞘型導電繊維を得た。
鞘部用混合溶液の溶質として、非晶性のポリ塩化ビニル(PVC)(純正化学株式会社製)と非晶性のポリ酢酸ビニル(PVAc)(純正化学株式会社製)を用いた以外は、実施例1と同様にして本実施例の芯鞘型導電繊維を得た。なお、ポリ塩化ビニルとポリ酢酸ビニルの質量比は、43:7とした。
鞘部用混合溶液の溶質として、ポリスチレン(PS)(シグマ−アルドリッチ株式会社製)を用い、鞘部用混合溶液中のポリスチレン濃度を25wt%にした以外は、実施例1と同様にして本実施例の芯鞘型導電繊維を得た。
鞘部用混合溶液の溶質として、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)(シグマ−アルドリッチ株式会社製)を用い、鞘部用混合溶液中のポリスチレン濃度を25wt%にした以外は、実施例1と同様にして本実施例の芯鞘型導電繊維を得た。
芯部として、直径が100μmの銅線(株式会社ニラコ製)を用いた。次に、鞘部用溶液としての水系ポリエステルエマルジョン(日本エヌエスシー株式会社製)を前記銅線に塗布し、乾燥させて溶媒を除去した。このようにして、本比較例の芯鞘型導電繊維を得た。さらに、芯鞘型導電繊維の両端には、半田付けにより導通試験用の端子を設けた。
鞘部用混合溶液の溶質として、結晶性樹脂たるポリカプロラクトン(PCL)(株式会社ダイセル製)を用いた以外は、実施例1と同様にして本実施例の芯鞘型導電繊維を得た。
まず、得られた各例の芯鞘型導電繊維の鞘部を、有機溶媒を用いて除去した。次に、得られた芯部を温度110℃で1時間かけて乾燥させ、その後、温度20℃、湿度30%RHの条件下で24時間以上放置させて調湿した。
各例の芯鞘型導電繊維を1本採取し、その鞘部の上からマルチテスターを当て、20MΩ以上の絶縁性の有無を確認した。鞘部の絶縁抵抗値が20MΩ以上を「○」と評価とし、20MΩ未満を「×」と評価した。
2本の芯鞘型導電繊維を用意し、それぞれの端部における鞘部を予め剥離しておく。鞘部の剥離方法は、表1に示す方法を用いた。そして、端部を剥離した2本の芯鞘型導電繊維を中央部で交差させ、交差部分の鞘部を表1の方法で剥離し、剥離した芯部同士を接触させる。その後、それぞれの端部にマルチテスターを当て、導通が確認できたものを「○」と評価とし、導通が確認できなかったものを「×」と評価した。
各例の芯鞘型導電繊維に対して、JIS H3510(電子管用無酸素銅の板,条,継目無管,棒及び線)の曲げ試験に準拠し、曲げを1000回行った。その結果、破断しなかったものを「○」と評価とし、破断したものを「×」と評価した。
まず、実施例1乃至9及び13乃至16並びに比較例1及び2で得られた芯鞘型導電繊維を横糸に用いて、ポリエステル繊維(中央繊維資材株式会社製、グンゼポリーナ)とともに、40cm幅の平織物を作成した。
1a 芯部
1b 鞘部
Claims (3)
- ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェンに、ポリ4−スチレンサルフォネートをドープしたPEDOT/PSSを材料とし、且つ、柱状形状をなす芯部と、
前記芯部における長手方向の側面を覆い、非晶質のポリ塩化ビニルを材料とする鞘部と、を備え、
前記芯部における前記長手方向に直交する断面の面積の合計は、0.8〜250000μm2であり、
前記鞘部は、水蒸気と接触することにより剥離される、180℃以上に加熱されることにより剥離される、又は所定値以上の圧力となるように圧縮することで剥離されることを特徴とする芯鞘型導電繊維。 - 前記芯鞘型導電繊維の長手方向に直交する断面における、前記芯部と鞘部との面積比は1:1〜5:1であることを特徴とする請求項1に記載の芯鞘型導電繊維。
- 前記鞘部を形成する際に前記芯部の側面に付着される鞘部形成用溶液における、前記ポリ塩化ビニルの濃度は、10〜50質量%であることを特徴とする請求項1または2に記載の芯鞘型導電繊維。
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