JPS62250273A - 導電性複合繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、導電性複合繊維に関する。

（従来技術） 静電気による障害は従来から問題になっているが、最近
特に静電気問題がクローズアップされて来ている。その
理由は、静電気に関する研究が進み、いままで原因不明
とされてきた火災や爆発などの災害の中に静電気による
ものがかなり含まれていることが判明してきたことや、
半導体や、それを使用したコンピューターの分野で静電
気によると見られているトラブルが増加していることに
よる。

このようなトラブルの背景には、合成繊維やプラスチッ
クといった静電気を帯びやすいものが身の周りに増え、
冷暖房設備の普及により静電気の発生しやすい低湿度下
での環境や作業が多くなったこと、更にはＯＡ機器など
の普及により静電障害をうけやすい状況にある事等があ
るためとみられる。具体的には例えば、ポリエチレンテ
レフタレート繊維よりなる衣服は着用時に帯電するため
に身体にまつわりついたり、もつれたりして歩行できな
い状態になったり、更には、空気中に浮遊する塵埃を吸
着して、汚れたり、無塵衣等の場合には目ずまりが発生
したりする。或いは、カーペット上を歩いてドアの把手
に触れた時の放電ショック、時には可燃性のガス液体が
近くにあると引火・爆発の危険にある等、多くの問題が
生じている。かかる問題に対処するために、導電性繊維
に関する多くの方法が提案されている。

第１の方法として、繊維表面に導電性物質をコーティン
グするケースである。更に詳しく述べると繊維表面上に
化学メッキした金属メッキ繊維・金属粉末やカーボンブ
ラック等の導電性粉末を塗布する方法である。これらの
導電性繊維は確かに初期の導電性能は良好であるが、着
用時の摩耗耐久性不良、或いは、洗濯により表面の導電
剤層の剥離があるばかりか、導電性もそれにより著しく
低下し、耐薬品性も不良で、防塵−衣等に使用した場合
の発塵源となっている。

第２の方法として、導電性物質の粉末を熱可塑性樹脂中
に分散させてコア層とし、繊維形成性コポリマーをシー
ス層とした複合繊維の場合である。

例えば、導電性カーボンを配合した複合導電繊維はカー
ボンが黒色であるため、シース層が薄くなると黒着色が
著しく、審美性が要求される分野には適用することがで
きない。この対策として、シースポリマー中の酸化チタ
ンωを大巾に増大させて、シースポリマー中に入射屈折
した光を酸化チタンの面で反射させて、色相的に灰色の
レベルにまで改良することが可能である。酸化チタンに
よるカーボン黒色のいんぺい効果を充分に発揮させるに
は、シース層の表面からコア層までの距離が必要となり
、コア部は断面のほぼ中央部に位置していることが重要
となる。

一方、導電性物質が、酸化第２錫の様な白色系の導電性
金属化合物であって、シースコアの複合繊維を形成して
いる場合も、完全にシース層で覆われていないと、特に
酸化還元系の薬品によってコア部の導電剤が分解して、
導電性が低下したり、着用中に脱落して機能低下するな
どのトラブルの原因となっている。しかしながら、かか
るシース層による完°全被覆構造は反面法の様な電気的
問題を有している。

即ち、ＩＩＡＭ断面間の導電性は良好であるが、シース
層は繊維形成性の良好なポリマーであるため、電気的に
は絶縁体となっており、表面の電気抵抗値が高く、導電
性不良になっている点が問題である。

従って、この様に芯部に導電性物質を含有すめシース・
コア型の複合ｌ！雑であっても、これを織込んだ布帛は
、静電気が蓄積して、本来の導電繊維によるコロナ放電
に基ずく除電機能が働かずして、衣服の身体へまつわり
つき、脱衣時のバチバチという放電音、はこり付着等の
問題があり、これらの静電気は場合によっては爆発火災
を惹起するという問題点を依然として有している。さら
に、かかる芯鞘型複合繊維の問題を解決するために特開
昭６０−１１０９２０号公報に記載されている様に芯成
分を偏心させ、鞘成分の厚味を３μｍ以下とする事も提
案されているが、製糸が非常に困難であること、電気抵
抗値も思った様に低くできず、しかも導電性のバラツキ
が大きい等の問題がある。

（発明の目的） 本発明の目的は、かかる問題点を解決し、新規な導電性
繊維を提供するものであって、該導電性繊維は完全なシ
ース・コアの複合［ｆｔであって、コア層に含有される
導電性物質が着色防止効果。

耐薬品性、耐摩耗性のために表面にまったく露出してい
ない場合であっても、表面の電気抵抗の低い導電性繊維
とすることができるものである。

（発明の構成） 本発明は、導電性物質を含む芯成分と有機高分子化合物
からなる鞘成分により形成される芯鞘構造の複合繊維に
おいて、該芯成分が該鞘成分により完全に被覆されてお
り、かつ、該複合繊維の表面に、高電圧放電加工処理に
よる放電痕が繊維軸方向に沿って散在すると共に該放電
痕が繊維軸方向の長さ１０ミクロン当りに少なくとも１
個以上存在することを特徴とする導電性複合繊維にある
。

本発明の複合繊維を構成する芯成分は導電性物質を含有
するものであるが、該導電性物質としては、導電性゛カ
ーボンブラック、金属、導電性金属化合物、導電性非金
属化合物等の公知のものが使用できる。

カーボンブラックの種類としては、オイルファーネスブ
ラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ケッ
チェンブラック、チャネルブラック等が例示される。

金属としては銅、鉄、アルミニウム、ニッケル。

スズ等が挙げられる。

他方、導電性金属化合物には金属酸化物をその主たる対
象とし、これらに原子価の異なる或いはイオン半径の異
なる別種の金属酸化物を微ｍ〜少量添加して、目的とす
る高い導電性を得るものが例示される。具体的に例示す
ると第１表の如き組み合せによるものが挙げられる。

又、導電性金属非酸化物系としては炭化チタン（ＴｉＣ
）、炭化タンタル（Ｔａ　Ｃ）、炭化ニオブ（Ｎｂ　Ｏ
）等が挙げられる。

更に、導電性金属窒化物系としては、窒化チタン（Ｔｉ
Ｃ）、窒化タンタル（ＴａＮ＞、’Ｊ化ジルコニウム（
ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（Ｈｆ　Ｎ）、窒化バナジウ
ム（ＶＮ、Ｖａ　Ｎ）、窒化タングステン（ＷＮ）、等
があり、その他に導電性ハロゲン化金属（例えばヨウ化
鋼）、導電性金属硫化物（例えば、硫化銅）、導電性硼
化物（例えば、ホウ化マンガン、ホウ化ベリリウム）等
が例示される。以上、述べた導電剤の複合系或いは混合
物も該芯成分の導電性物質として使用することができる
。具体的には、−酸化チタン（Ｔｉ　Ｏ）と窒化チタン
（Ｔｉ　Ｎ）の結晶が共存しているチタンブラック等が
挙げられる。

これらは通常微粉末として取扱われているが、その結晶
形態は円形、板状、リン片状等に特定されるものではな
く、又かがる導電性化合物を例えば酸化チタン粒子の表
面にコーチイブして１９られる導電性金属複合体として
も使用し得る。

又、該導電性物質は、低温流動性物質と併用で用いられ
、該低温流動性物質としては、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリスチレン、ポリブタジェン、ポリイソプレ
ン、ナイロン−６、ナイロン−６，６，ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が好まし
く例示される。

又、これ等の一部を共重合成分で置きかえたものでもよ
く、又低温流動性物質であれば目的に応じ上記以外の樹
脂を使用してもよく、更に必要に応じてそれ等の２種以
上を混合したものであっても良い。

更に必要に応じてかかる導電性物質の親油化剤が使用さ
れるが、炭素数６以上の有機カルボン酸及び炭素数５以
上の有機スルホン酸が好ましく、カルボキシル基、スル
ホン酸基に結合する有機残基としてはアルキル褪、アル
キレン基、アリール基、アルキルアリール基、アラルキ
ル基を有するものが好ましく、またこれ等の基がカルボ
キシル基、スルホン酸基以外の基であれば、任意の置換
基を有していても差しつかえない。

前記有機カルボン酸の具体例としてはｎ−カプロン酸、
安息香酸、ｎ−カプリル酸、フェニル酢酸、トリイル酸
、ｎ−ノナンｌ、ｎ−カプリル酸。

ステアリン酸等が挙げられる。また、該有機スルホン酸
の具体例としてはｎ−ペンタンスルホン酸。

ベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸等が
挙げられる。これ等親油化剤としては用いられる有機カ
ルボン酸、有機スルホン酸は単独で用いても良く、また
適宜組合せて使用してもよい。

次に、該芯成分を取囲む鞘成分は有機＾分子化合物であ
る繊維形成性のポリマーにより構成される。該繊維形成
ポリマーには、例えば、ポリエステル、ナイロン−６、
ナイロン−６，６，ポリプロピレン等が挙げられる。前
記ポリエステルの中でもポリエチレンテレフタレー１−
は良好な風合や、加工工程の取扱いが優れていること、
耐薬品があることから最適に例示される。

かかる繊維形成性ポリマーで鞘成分が構成されている複
合４１維は、導電性物質を含有する芯成分がたとえ優れ
た１３電性を有していても、表面電気抵抗値が高く導電
性不良となる結果、依然として帯電し易いものである。

本発明の複合繊維は、該芯成分が鞘成分により完全に被
覆されているが、該鞘成分からなる表面に高電圧放電加
工処理による放電痕が繊維軸方向に沿って散在している
ものである。

第１図は、本発明の実施態様の複合繊維の表面に散在す
る放電痕の状態を示す顕微鏡写真の図である。

第２図は、第１図をもとにして放電痕１の位置を示す側
面図である。

該放電痕は、繊維軸方向に沿って斑点状に散在するが、
表面の円周に沿ってい何処にでも存在している必要はな
く散在の分布が１側面に偏っていても構わない。又、該
放電痕は、該繊維軸方向又は、布帛面に沿って途切れる
れることなく散在していることが好ましい。

又、第１図、第２図に示す如く散在している放電痕１は
、その直径が２ミクロン以下の大きさでぁす、はぼ黒色
を示し、放電加工処理により完全に、若しくは、一部が
炭化されて形成されると考えられる。又、該放電痕の個
数は、繊維軸方向の長さ１０ミクロン当り１個以上存在
する必要がある。

該放電痕の個数は、より好ましくは１０ミクロン当り５
個以上存在することであるが、個数が１０ミクロン当り
１個未満では、充分な制電性効果が得られない怖れがあ
る。

かかる放電痕を繊維表面に散在させるには、高電圧にて
放電加工処理を行う。

次に、該放電加工処理について述べる。

即ち、本発明の繊維を得るための放電加工処理法として
は、前記のようにして得られた芯鞘型複合繊維を高電圧
電極に接触させて高電圧を印加する通電法、放電形状の
異なるコロナ放電、花火放電、グロー放電、アーク放電
等の高電圧放電処理法を挙げることができる。

印加電圧としては、１ＫＶを超える高電圧であって、１
００Ｋ　Ｖまでの範囲のものが使用でき、好ましく５〜
１００Ｋ　Ｖ、特に好ましくは５〜５０の範囲のものが
好適に例示される。電圧の極性はプラスでも、マイナス
でも直流、又は交流であってもよい。電極間の距離は０
〜１０ｃ、の範囲のものが使用でき、放電形態と処理速
度との関係で決めることができる。又、導電性物質を含
有する芯成分を一方の極とし、他方の極を別に設けて、
該両極に高電圧を印加し、この高電圧電極下で放電処理
することが最適に例示されるが、この方法に限るもので
はなく、別々に設けた２つの極に高電圧を印加して放電
処理する方法であってもよい。

又、このような放電処理は糸の状態でも、編織物等の布
帛、不織布の状態でも行うことができる。

さらに糸の場合、延伸糸に施しても、未延伸糸に施して
いも良い。

かかる複合繊維に放電加工処理を施すと、放電強度レベ
ルに応じて、３つの段階が認められる。

放電初期には絶縁体である鞘成分の表面に電荷が注入さ
れ、表面が永久帯電化するという、いわゆる微小エレク
トレットが形成するが、繊維表面の電気抵抗値は、１０
１１Ω／　ｃｒｔｒオーダー以上であり、かつ繊維断面
間の内部電気抵抗値と表面電気抵抗値の比が１０’以上
であるから、目的とする導電性繊維は得られないことが
判った。

しかし、必要以上に放電強度を極端に高くすると、赤い
炎を伴った異常放電となったり、或いは金属電極表面上
で酸化が促進され、その結果、不均一放電となる結果、
放電エネルギーが繊維表面上で熱に転換して、ｍ維が溶
融・切断現象となって発現する。しかも、部分的に溶融
するケースも観察されるものの、楳１ｆｔ物性は特に強
伸度低下が著しく、この場合にも目的とする導電性繊維
は得られない。

本発明のような放電痕を繊維表面に散在せしめるには、
放電加工処理に伴う、アークが青色で、かつ、不連続に
発生する状態では、前記のエレクトレットの段階か、若
しくは放電痕を繊維軸方向に沿って散在させることがで
きない。放電強度を上げてゆくと、異常放電が発生する
ようになるので、放電強度をこの異常放電が発生する手
前の段階に調節し、青色のアークが連続して発生するよ
うに、電極間の距離、電圧、処理雰囲気等と調節するこ
とによって行なわれる。

（発明の作用） 本発明の繊維は、以上のように芯鞘構造を有し、しかも
有機高分子化合物からなる鞘成分に高電圧放電加工処理
を施し、該放電痕が繊維軸方向に沿って散在するように
せしめたものであるから、優れた制電性の特性を得たも
のである。

ｌ１Ｆ４形成性のポリマーからなる繊維は通常は、１０
　　Ω／Ｃｌ１１オーダー程度の電気抵抗値を示し、帯
電によるトラブルの原因となっている。たとえ、導電性
物質を含有する芯成分の電気抵抗値が１０７Ω／値オー
ダーと低くても、これを取囲む！ｌｌ財形成性ポリマー
の電気抵抗値が前記のように高い場合は充分な制電効果
が得られない。

このため従来のこの種の芯鞘型複合繊維では、導電性物
質を含む芯成分の一部を繊維表面の一部に露出させるか
、又は該芯成分の繊維断面的位置を極端に偏心させる等
の工夫が必要であった。

本発明の繊維は、表面電気抵抗値と断面間の内部電気抵
抗値（導電性物質を含有する芯成分を通じて通電するた
めこの内部電気抵抗値は芯成分の電気抵抗値にほぼ等し
り１０８Ω／ａＳオーダー以下、好ましくは１０７Ω／
ａＸ以下である）と比が１０３以下となり、かつ、表面
電気抵抗値が１ＱｌｏΩ／ｃ１１オーダー以下の値を示
すものである。

ここに電気抵抗値（Ω／１）は次のようにして測定する
。

（イ）断面　内部゛　−氏 繊維軸方向の長さ２．００となるよう両端を横断面方向
にカットした繊維の該量断面にＡｇドウタイト（銀粒子
含有の導電性樹脂塗料、藤倉工業製）を付着させた試料
を電気絶縁性ポリエチレンテレフタレートフィルム上で
、１１Ａ空度２０℃Ｘ３０％ＲＨの条件のもとに１ＫＶ
の直流電圧を該Ａｇドウタイト付着面を使って印加して
両断面間に流れる電流をめとめ、オームの法則により電
気抵抗値Ω／αを等比する。

（Ｏ表面電気抵抗値 繊維軸方向の艮ざ約２．Ｏｃ、にカットされた繊維のり
両端付近の表面（！ｌ維側面）に前記のＡ（］ドウタイ
トを付着させたものを試料として、該試料を電気絶縁性
ポリエチレンテレフタレートフィルム上で、温湿度２０
℃×３０％Ｒｌ−１の条件の下に、１ＫＶの直流電圧を
該Ａ＋Ｉｆドウタイト間に印加してＡ（ｌドウタイト間
に流れる電流を求め、かつ、へ〇ドウタイト間の距離を
測定して、オームの法則により表面電気抵抗値Ω／αを
算出する。

又、繊維表面の放電痕は、放電強度に左右される。高電
圧放電加工処理の際の、電圧、電極間距離、電橋形状１
ｍ維表面の状態により放電強度が左右される°が、本発
明は、その放電痕が直径２ミクロン以下であって、その
個数が繊維軸方向の良さ１０ミクロン当り少なくとも１
個以上あることにより、優れた導電性と共に、極端な強
度劣化を防止するものである。

即ち、放電強度が弱い場合は、Ｕ＆維衣表面電気抵抗値
が低下せず良好な導電性が得られない。一方、放電強度
が強過ぎると、表面電気抵抗値が低下すると同時に、強
度劣化が著しく、＊　ＨＡ　ＪＦ＆の際の種々の加工に
耐えることができない。加工に耐えない程の強度低下は
、過度の放電加工処理により、放電痕が本発明のような
斑点状にならず溶融状態となり、放電痕の大きさも直径
が２ミクロンを弔するようになる。本発明は、放電痕が
本発明の範囲となったとき、良好な制電性と、強度低下
の水準を著しく低下させないものとすることができる。

（実施例１） 導電性オイルファーネスブラック２５重Ｍ部とポリエチ
レン（メルトインデックス１２．０）　７５重量部をニ
ーダ−で温度１６０℃で２時間混練し、比抵抗５×１０
Ω・ｃａｒの導電性樹脂チップを得た。

溶融紡糸により、この導電性樹脂を芯成分とし、ポリエ
チレンテレフタレートを鞘成分とする芯鞘複合繊維（芯
鞘比＝１／６）を作り、４倍延伸して３０デニール、単
糸数３のマルチフィラメントを得た。

該芯鞘複合繊維をプラス５０ＫＶの高電圧電極間で、５
７ＦＬ／分の速度で放電加工処理を施した。

（この場合、針電極先端と繊維表面の距離を２０Ｍにセ
ットして行った） 放電加工処理して得られた該芯鞘型複合繊維の表面は、
第１図に示すごとく、放電痕として直径２ミクロン以下
の黒色点が観察された。

又、該放電加工処理により第２表に示す如く、表面の導
電性が改良され、断面間内部電気抵抗値に近いレベルに
なっている。更に、この放電加工処理系を丸編物にして
摩擦帯電圧を測定した結果、３５０Ｖと極めて良好なレ
ベルであった。

（比較例１） 実施例１に用いた芯鞘型複合繊維において放電加工処理
前の糸の電気抵抗値０強伸度特性を第２表に合せて示し
た。

（実施例２） 酸化チタン微粒子の表面にＳ電性酸化第二錫をコーティ
ングした平均粒径０．２４μ、比抵抗９．５Ω・αの導
電性粉体２３５重量部、メルトインデックス１６．８に
ポリエチレン７５＠旦部をニーダ−に仕込み、１８０℃
で４０分間混練した後流動パラフィン１８重聞部、親油
化剤としてステアリン酸５重量部を加えて更に６時間混
練した。得られた導電性樹脂の比抵抗は４Ｘ１０２Ω・
個であった。

溶融紡糸により、この導電性樹脂を芯成分とし、ポリエ
チレンテレフタレートを鞘成分とする芯鞘型複合繊維（
芯鞘比＝１１５）を作り、３．５倍延伸して７５デニー
ル、単糸数３６のマルチフィラメントを得た。

この芯鞘型複合繊維をマイナス４５Ｋ　Ｖ　、　　ｉｓ
ｏｍ／分で放電加工処理（針電極先端と１８Ｍ表面の距
離１０ｍｍ＞を施して導電性複合繊維を得た。導電性。

強度低下を第２表に合せて示す。

（比較例２） 実施例２で用いた芯鞘型複合繊維の放電加工処理前の段
階での電気抵抗値９強伸度特性を第２表に合せて示した
。

（比較例３） 実施例１で用いた芯鞘型複合繊維を放電加工処理を施す
際に、針電極先端と繊維表面の距離を２履にセットし、
放電強度を上げて、他の条件は実施例１と同じ条件にて
処理を施した。得られた糸は、強度劣化が著しく製織不
能であった。

（以下余白） 但し、 〈放電痕数〉 繊維方向の長さ１０ミクロン゛に於ける全表面積におけ
る直径２ミクロン以下の放電痕数を数える。

〈制電性の測定〉 布帛をタテ４　ｃｔａ　Ｘヨコ８αにカットし、摩耗布
としては木綿ブロード（３０／　−）を２．５ｃｍ×１
４ｃｍタテ長に採取し、回転ドラム式摩耗帯電ｍ測定装
冒（京大・化研式ロータリースタイツクテスター）を使
用して温湿度２０℃×１０％ＲＨの雰囲気下でドラムか
いてな数７００ｒ、ｐ　、　ｍ　、接圧荷重６００ｇ帯
電平衡時間１分後の摩擦電圧値を読み取る。摩耗耐圧は
単位がボルト（Ｖ）で、数値が小さい程、制電性が良好
である。

（発明の効果） 本発明によれば完全な芯鞘型複合繊維であるから、芯成
分は全く表面に出ていないので黒ずみ、脱落等のトラブ
ルが全く無く普通の！ＩＮと同様に扱え、それでいて芯
成分が表面に出ている場合と同様な低い表面電気抵抗値
を有し扱群の制電効果を有する糸を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施態様の複合繊維の表面に散在す
る放電痕の状態を示す顕微鏡写真の図、第２図は、第１
図の写真の図において、放電痕の位置を示す側面図であ
る。 １・・・・・・放電痕 パ・７．−６−パ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 導電性物質を含む芯成分と有機高分子化合物からなる鞘
   成分により形成される芯鞘構造の複合繊維において、該
   芯成分が該鞘成分により完全に被覆されており、かつ該
   複合繊維の表面に、高電圧放電加工処理による直径２ミ
   クロン以下の放電痕が繊維軸方向に沿って散在すると共
   に該放電痕が繊維軸方向の長さ１０ミクロン当りに少な
   くとも１個以上存在することを特徴とする導電性複合繊
   維。