JP6743266B1

JP6743266B1 - 黒色合成繊維糸

Info

Publication number: JP6743266B1
Application number: JP2019233808A
Authority: JP
Inventors: 直登光若
Original assignee: Ube Exsymo Co Ltd
Current assignee: Ube Exsymo Co Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2039-12-25
Also published as: TW202124798A; CN113026139A; JP2021102821A

Abstract

【課題】炭素繊維に近い外観を有する黒色合成繊維糸を提供する。【解決手段】繊維径が１０〜１００μｍで、鞘部１２と芯部１１が相互に異なる組成の熱可塑性樹脂組成物により形成され、鞘部１２と芯部１１の割合が、体積比で、鞘部：芯部＝２０：８０〜５０：５０であり、鞘部１２にのみカーボンブラックが添加され、鞘部１２におけるカーボンブラックの含有量が０．２〜１．５質量％である複数本の鞘芯型複合繊維１０を束ねてマルチフィラメント糸にするか、又は溶着一体化させて断面が海島構造のモノフィラメント糸にする。【選択図】図１

Description

本発明は、黒色の合成繊維糸に関し、より詳しくはカーボンブラックを含有する鞘芯型複合繊維で構成される黒色合成繊維糸に関する。

一般に、プラスチック成形体の強化材としては炭素繊維が知られているが、製造コストの抑制や柔軟性の付与などを目的として熱可塑性樹脂を用いた鞘芯型複合繊維も用いられている。また、デザイン性の観点から炭素繊維と同等の色調や光沢を有する黒色の繊維強化材が求められている。従来、織物や不織布用の合成繊維では、原料樹脂に黒色の染料やカーボンブラックを混合することにより着色されている（特許文献１,２参照）。

例えば、特許文献１には、芯の成分のポリマーに平均１次粒子径が１０〜３０ｎｍの範囲にあるカーボンブラックを５〜１０重量％含有させた鞘芯型複合繊維を用いた分繊用黒色原着ポリエステルマルチフィラメントが開示されている。また、特許文献２には、島成分がカーボンブラックを０．０８〜３．００質量％を含有する黒色原着ポリエステルである海島型複合繊維フィラメントを用いて製造された人工皮革が開示されている。

特開２００８−１６３４８７号公報特開２０１９−５１１６４４号公報

しかしながら、前述した従来の黒色合成繊維は、炭素繊維とは色調が異なり、光沢も十分でない。具体的には、特許文献１，２に記載の繊維は、複合繊維の芯成分や島成分にカーボンブラックを添加しているため、繊維最外面における可視光の吸収率が低く、また、鞘成分や海成分との界面での反射光も減少するため、炭素繊維と同等の光沢度は得られない。

そこで、本発明は、炭素繊維に近い外観を有する黒色合成繊維糸を提供することを目的とする。

本発明に係る黒色合成繊維糸は、複数本の鞘芯型複合繊維で構成されるマルチフィラメント糸であって、黄色度（ＹＩ）が１４．０以上、２０°の入射角に対する光沢度が２．０以上であり、かつ、繊維径が１０〜１００μｍであり、鞘部と芯部が相互に異なる組成の熱可塑性樹脂組成物により形成され、前記鞘部と前記芯部の割合が、体積比で、鞘部：芯部＝２０：８０〜５０：５０であり、前記鞘部にのみカーボンブラックが添加され、前記鞘部における前記カーボンブラックの含有量が０．２〜１．５質量％である鞘芯型複合繊維により構成されている。
前記鞘芯型複合繊維は、前記鞘部に用いられる熱可塑性樹脂が例えばプロピレンの単独重合体若しくは共重合体又はエチレンの単独重合体若しくは共重合体であり、前記芯部の熱可塑性樹脂が例えばプロピレンの単独重合体若しくは共重合体、ポリエステル又はナイロンである。
また、本発明に係る成形体は、前述した黒色合成繊維糸を用いて形成されたものである。

本発明によれば、炭素繊維に近い外観を有する黒色合成繊維糸を実現することができる。

Ａ，Ｂは本発明の第１の実施形態の黒色合成繊維糸に用いられる鞘芯型複合繊維の構造例を示す断面図である。Ａ，Ｂは本発明の第１の実施形態の黒色合成繊維糸の構造例を模式的に示す断面図であり、Ａはマルチフィラメント糸の例、Ｂはモノフィラメントの例である。Ａ，Ｂは本発明の第１の実施形態の黒色合成繊維糸の他の構造例を模式的に示す断面図であり、Ａはマルチフィラメント糸の例、Ｂはモノフィラメントの例である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係る黒色合成繊維糸について説明する。本実施形態の黒色合成繊維糸は、複数本の鞘芯型複合繊維で構成されるマルチフィラメント糸又は複数本の鞘芯型複合繊維を溶着一体化させたモノフィラメント糸である。図１Ａ，Ｂは本実施形態の黒色合成繊維糸に用いられる鞘芯型複合繊維の構造例を示す断面図である。

本実施形態の黒色合成繊維糸に用いられる鞘芯型複合繊維１０は、図１Ａに示すような鞘部１２と芯部１１が同心円状のものだけでなく、図１Ｂに示すような偏心鞘芯型も含む。そして、鞘芯複合繊維１０は、繊維径が１０〜１００μｍであり、鞘部１２と芯部１１は相互に異なる組成の熱可塑性樹脂組成物により形成され、鞘部１２と芯部１１の割合が、体積比で、鞘部１２：芯部１１＝２０：８０〜５０：５０である。また、鞘芯複合繊維１０では、鞘部１２にのみカーボンブラックが添加されており、鞘部１２におけるカーボンブラックの含有量は０．２〜１．５質量％である。このような鞘芯複合繊維１０は、例えば溶融紡糸により形成することができる。

図２及び図３は本実施形態の黒色合成繊維糸の構造例を模式的に示す断面図であり、図２Ａ及び図３Ａはマルチフィラメント糸の例であり、図２Ｂ及び図３Ｂはモノフィラメント糸の例である。本実施形態の黒色合成繊維がマルチフィラメント糸１である場合、図１Ａ，Ｂに示す構造の鞘芯型複合繊維１０が数十本〜数百本束ねられて１本の糸になっている。マルチフィラメント糸１の外形は、特に限定されるものではなく、図２Ａに示すような断面略円形状、図３Ａに示すようなテープ状の他、断面楕円形状などでもよい。

また、本実施形態の黒色合成繊維がモノフィラメント糸２である場合は、数十本〜数百本の鞘芯型複合繊維１０が、融着又は熱溶着されて１本の糸になっている。このモノフィラメント糸２では、各鞘芯型複合繊維１０の鞘部１２が溶融して一体化し、断面が、鞘部１２に由来する低融点樹脂成分からなる海部に、芯部１１に由来する高融点樹脂成分からなる島部が存在する所謂海島構造となっている。モノフィラメント糸２の外形も、特に限定されるものではなく、図２Ｂに示すような断面円形状、図３Ｂに示すようなテープ状の他、断面楕円形状などとすることができる。

［繊維径：１０〜１００μｍ］
鞘芯複合繊維１の直径が１０μｍ未満の場合、鞘部１２が薄くなりすぎて黒色合成繊維糸の明度（Ｌ^＊値）が高くなる。また、鞘芯複合繊維１の直径が１００μｍを超えると、鞘部１２が厚くなりすぎて、黒色合成繊維糸の黄色度（ＹＩ値）や光沢度が低下する。

［芯部１１］
芯部１１は、例えばプロピレンの単独重合体若しくは共重合体、ポリエステル又はナイロンなどを樹脂成分として含有し、カーボンブラックや黒色染料などの着色剤を含有していない熱可塑性樹脂組成物により形成されている。芯部１１に着色剤が添加されていると、芯部１１での可視光の吸収率が高くなり、黒色合成繊維糸の光沢度が低下する。

［鞘部１２］
鞘部１２は、例えばプロピレンの単独重合体若しくは共重合体又はエチレンの単独重合体若しくは共重合体などを樹脂成分として含有し、カーボンブラックを０．２〜１．５質量％含有する熱可塑性樹脂組成物により形成されている。なお、鞘部１２を形成する熱可塑性樹脂組成物の樹脂成分は、芯部１１を形成する熱可塑性樹脂組成物の樹脂成分と同じでもよく、また異なっていてもよい。

鞘部１２に含有されるカーボンブラック含有量が０．２質量％未満の場合、黒色合成繊維糸の明度（Ｌ^＊値）が高くなり過ぎて、Ｌ^＊値が炭素繊維の上限値である４０を超えてしまう。また、鞘部１２に含有されるカーボンブラック含有量が１．５質量％を超えると、黒色合成繊維糸の明度（Ｌ^＊値）が低くなりすぎて、Ｌ^＊値が炭素繊維の下限値である２０に満たなくなる。なお、製造コストや生産性の観点から、鞘部１２におけるカーボンブラック含有量は、０．２〜１．０質量％であることが好ましい。

更に、鞘部１２に含有されるカーボンブラックの種類は、特に限定されるものではないが、例えばケッチェンブラックやアセチレンブラックなどの公知のカーボンブラックを用いることができる。また、カーボンブラックの粒子径が大きくなると表面積が減少し、黒色合成繊維糸の黒色度が低下してしまうため、鞘部１２に含有されるカーボンブラックは粒子径が５０ｎｍ以下ものを用いることが好ましい。なお、ここでいう粒子径は、透過電子顕微鏡によりカーボンブラックの一次粒子像を撮像し、その画像から、肉眼計測法により各粒子の粒子径を計測し、平均した値である。

［鞘部１２：芯部１１＝２０：８０〜５０：５０］
鞘芯型複合繊維１における芯部１１の割合が５０質量％未満の場合、鞘部１２が厚くなりすぎて、黒色合成繊維糸の黄色度（ＹＩ値）や光沢度が低下する。また、芯部１１の割合が８０質量％を超えると、鞘部１２が薄くなりすぎて、黒色合成繊維糸の明度（Ｌ^＊値）が高くなる。その結果、色調や光沢が炭素繊維に近い黒色合成繊維糸が得られなくなる。以上の理由から、本実施形態の黒色合成繊維では、鞘芯型複合繊維１における鞘部１２と芯部１１の比を、体積比で、鞘部１２：芯部１１＝２０：８０〜５０：５０とする。

［マルチフィラメントの色調・光沢］
本実施形態の黒色合成繊維糸は、モノフィラメントでも黒色であるが、マルチフィラメントの形態をとることで、より炭素繊維に近い色調及び光沢が得られる。具体的には、黄色度（ＹＩ）が１４．０以上、２０°の入射角に対する光沢度が２．０以上の黒色合成繊維糸を実現することができる。このような色特性を有する黒色合成繊維糸（マルチフィラメント）は、成形体などに加工した際に、より炭素繊維に近い外観が得られる。ここで、マルチフィラメントの色調は、紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製光源ハロゲンランプ）により測定することができ、また、マルチフィラメントの光沢は、グロスメーター（スガ試験機株式会社製光源タングステン電球）により測定することができる。

以上詳述したように、本実施形態の黒色合成繊維糸は、鞘部のみに特定量のカーボンブラックが配合された鞘芯型複合繊維で構成されているため、繊維全体や芯部のみにカーボンブラックを配合した場合に比べて、色調及び光沢度が優れ、炭素繊維により近い外観が得られる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る成形体について説明する。本実施形態の成形体は、前述した第１の実施形態の黒色合成繊維糸を用いて形成されたものであり、例えば黒色合成繊維糸からなる編織物を熱加工して所定形状に成形したもの、編織物又は糸のままフィルムと積層したシート状の積層体、編織物又は糸のまま樹脂材料や金属材料と複合化して所定形状に成形したものなどが挙げられる。

本実施形態の成形体は、鞘部のみに特定量のカーボンブラックが配合された鞘芯型複合繊維からなる黒色合成繊維糸を用いているため、補強効果に加えて、炭素繊維により近い外観が得られる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、下記表１に示す条件で実施例及び比較例の黒色合成繊維糸を作製し、その色調及び光沢度を炭素繊維と比較して評価した。その際、マルチフィラメント糸のフィラメント数（束ねた単繊維の本数）及びモノフィラメント糸の製造に用いた単繊維の本数（モノフィラメント糸１本あたりの単繊維の本数）は、いずれも１２０本とした。

上記表１に示す鞘芯複合繊維の主原料のうち、ＰＰは株式会社プライムポリマー製ポリプロピレンＹ２０００ＧＶ、ｃｏ−ＰＰは株式会社プライムポリマー製プロピレン・エチレン共重合体Ｙ２０４５ＧＰであり、ＰＥＴはユニチカ株式会社製ポリエチレンテレフタレートＮＥＨ２０５０である。また、カーボンブラック（ＣＢ）としては、東京インキ株式会社製着色剤マスターバッチＴＰＭ９ＢＢ０１９ＢＬＡＣＫＭＦを用いた。なお、上記表１に示すカーボンブラック含有量は、マスターバッチ中のカーボンブラック量及び鞘部原料へのマスターバッチ添加量から算出した。

＜色調＞
（１）装置による測定
参考例の炭素繊維（東レ製炭素繊維「トレカ」品種：Ｔ３００Ｂ−６０００−５０Ｂ）と実施例及び比較例の各糸をそれぞれ平板上に隙間なく並べ、紫外可視分光光度計（日本分光株式会社製光源ハロゲンランプ）を用いて、３００〜１０００ｎｍの波長の範囲で反射率を測定し、得られたスペクトルから明度（Ｌ^＊値）及び黄色度（ＹＩ値）を算出した。

（２）官能評価
参考例の炭素繊維と実施例及び比較例の各糸をそれぞれ平板上に隙間なく並べたものを２０ルクスの電灯光下に置いて、繊維評価経験１年以上の５名のパネルにより平板に対して垂直の方向から目視観察を行い、評価対象の糸の色調と炭素繊維の色調が近似しているか否かを判定した。評価にあたって、目視観察では、参考例の炭素繊維と区別できない（炭素繊維との違いを認識できない）ものを「近似している」と判断し、それ以外の（炭素繊維と区別できる）ものは「近似していない」と判断する旨、パネル全員で確認した。そして、パネル全員（５名）が「近似している」と判断したものを○、３名又は４名が「近似している」と判断したものを△、「近似していると」判断したパネルが２名以下であったものを×とした。

＜光沢度＞
（１）装置による測定
参考例の炭素繊維と実施例及び比較例の各糸をそれぞれ平板上に隙間なく並べ、グロスメーター（スガ試験機株式会社製光源タングステン電球）により、各糸の長手方向に対し、２０°、６０°、８５°の入射光を当てて、光沢度を測定した。

（２）官能評価
参考例の炭素繊維と実施例及び比較例の各糸をそれぞれ平板上に隙間なく並べたものを２０ルクスの電灯光下に置いて、繊維評価経験１年以上の５名のパネルにより、平板に対して垂直の方向から各糸の長手方向に２０°傾けた方向から目視観察を行い、評価対象の糸の光沢度と炭素繊維の光沢感が近似しているか否かを判定した。評価にあたって、目視観察では、参考例の炭素繊維と区別できない（炭素繊維との違いを認識できない）ものを「近似している」と判断し、それ以外の（炭素繊維と区別できる）ものは「近似していない」と判断する旨、パネル全員で確認した。そして、パネル全員（５名）が「近似している」と判断したものを○、３名又は４名が「近似している」と判断したものを△、「近似していると」判断したパネルが２名以下であったものを×とした。

以上の評価結果を下記表２にまとめて示す。

上記表２に示すように、芯部にのみカーボンブラックを添加した比較例１の糸（マルチフィラメント）は、参考例の炭素繊維に近い色調であったが、光沢が異なっていた。また、鞘部と芯部の両方にカーボンブラックを添加した比較例２の糸（マルチフィラメント）は、色調及び光沢度共に参考例の炭素繊維と異なっていた。芯部にのみカーボンブラックを添加した比較例３の糸（モノフィラメント）の糸、及び、単一繊維を用いた比較例４の糸（マルチフィラメント）も、色調及び光沢度共に参考例の炭素繊維とは異なるものであった。更に、鞘部にのみカーボンブラックを添加しているが、添加量が本発明の範囲に満たない比較例５の糸（マルチフィラメント）は、光沢度は参考例の炭素繊維に近似していたが、色調が異なっていた。

これに対して、実施例１〜９の糸は、色調及び光沢度共に、参考例の炭素繊維に近いものであった。特に、実施例１〜７のマルチフィラメントは、参考例の炭素繊維に近似した外観を有していた。以上の結果から、本発明によれば、炭素繊維に近い外観を有する黒色合成繊維糸を実現できることが確認された。

１黒色合成繊維糸（マルチフィラメント）
２黒色合成繊維糸（モノフィラメント）
１０鞘芯複合繊維
１１芯部
１２鞘部

Claims

複数本の鞘芯型複合繊維で構成されるマルチフィラメント糸であって、
黄色度（ＹＩ）が１４．０以上、２０°の入射角に対する光沢度が２．０以上であり、かつ、
前記鞘芯型複合繊維は、
繊維径が１０〜１００μｍであり、
鞘部と芯部が相互に異なる組成の熱可塑性樹脂組成物により形成され、
前記鞘部と前記芯部の割合が、体積比で、鞘部：芯部＝２０：８０〜５０：５０であり、
前記鞘部にのみカーボンブラックが添加され、前記鞘部における前記カーボンブラックの含有量が０．２〜１．５質量％である
黒色合成繊維糸。
前記鞘芯型複合繊維は、
前記鞘部の熱可塑性樹脂がプロピレンの単独重合体若しくは共重合体又はエチレンの単独重合体若しくは共重合体であり、
前記芯部の熱可塑性樹脂がプロピレンの単独重合体若しくは共重合体、ポリエステル又はナイロンである
請求項１に記載の黒色合成繊維糸。
請求項１又は２に記載の黒色合成繊維糸を用いて形成された成形体。