JPS63270829A - 糸状発熱体およびその製造方法 - 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］ 本発明は可撓性に富み、長期間の使用に耐える電気的に
発熱する糸状発熱体およびその製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来から、機器類の保温ないし加熱用に金属細線から成
る可撓性の発熱線が使用されているが、特に、電気毛布
、カーペット等民生用にも広く普及し、その便利さから
今後益々商品に多様化が促進される趨勢におる。

従来、これらの発熱体には、ステンレス線、ニクロム線
等の金属細線から成る抵抗体が使用されていたが、前記
の各製品に可撓性であることを要求される場合には、可
撓性の芯糸に極細い抵抗線をスパイラル状にまきつけた
もの、布帛上にカーボンを樹脂バインダーにより固着さ
せたもの等が使用されている。

しかしながら、これらは何れも、耐屈曲性、耐摩擦性等
の点で要求する性能を満たすことができず、また、可撓
性が不足しており、改善が要求されている。

可撓性に富む糸状の発熱体を得る試みとして、例えば、
ナイロンのコンジュゲー°トフィラメントを加熱により
軟化させるかあるいは膨潤剤により膨潤させて、カーボ
ンブラック粒子をフィラメント表層部に固着させて糸状
の発熱体とした特開昭５１−１０９３２１号公報がある
が、この発熱体は、長さあたりの抵抗値が高すぎ、発熱
素子として用いるには適さないものである。

また、補強材である芯糸にアクリル樹脂などの接着剤を
塗布した後、導電性粒子を接着させて糸状の発熱体とし
た実公昭４０−１５７５０号公報がある。これらの方法
ではカーボン粒子を均一に固着させるのは難かしく、し
たがって抵抗値にバラツキが大きく、要求される抵抗値
のものを工業的に安定して供給することができなかった
。

また、導電性粒子をゴムまたはプラスチックに配合した
導電性樹脂を芯糸に被覆した発熱体が実公昭３８−’１
４７０号公報に開示されているが、導電性粒子としては
カーボンブラック粒子のみ配合した導電性樹脂でおり、
そのため体積固有抵抗（比抵抗）がたかだか２００ｃｍ
程度であり、０．３〜１．５Ｍφの径を有する糸状発熱
体として加工しても十分な発熱効果を有するものが得ら
れないばかりでなく、また被覆して得られた発熱体は抵
抗値のバラツキが大きく、工業的に安定して供給するこ
とは側底困難であった。

ざらにまた、直鎖低密度ポリエチレンとポリ電性樹脂を
フィルム状に成型した面状発熱体として使用した特開昭
５８−２２３２０９号公報がある。この導電性樹脂を使
用してフィルム状の発熱体としても、耐屈曲性、耐摩擦
性等の点で要求する性能を満たすことができず、また可
撓性が不足しており、用途が限定されることから、それ
らの改善が要求されていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 統明〆、かかる従来の問題点を改善し、可撓性に富み、
長さあたりの抵抗値のバラツキが小ざく、長期間安定し
て使用でき、低温発熱体として好ましく使用される糸状
発熱体およびその製造方法を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 前記した本発明の目的は、カーボンブラック粒子および
グラファイト粒子をポリウレタン樹脂中に分散した導電
性樹脂より成る導電層を芯糸の周囲に形成させた糸状発
熱体により達成できる。

また、本発明の糸状発熱体の製造方法は、次の構成を有
する。すなわち、カーボンブラック粒子およびグラファ
イト粒子のポリウレタン樹脂懸濁溶液を芯糸に付着せし
め、しかるのち乾燥固着させて、カーボンブラック粒子
およびグラファイト粒子をポリウレタン樹脂中に分散さ
せた導電性樹脂より成る導電層を該芯糸の周囲に形成さ
せる工程を１回以上繰り返して、該芯糸の周囲に単層ま
たは複数層の該導電層を形成させることを特徴とする糸
状発熱体の製造方法である。

本発明に用いる芯糸の素材としては、天然繊維、再生繊
維または合成繊維の糸条が用いられるが、発熱体として
通常使用される温度、すなわち、２０〜１００℃という
低温範囲で長期間安定した性能を維持できるものが好ま
しい。ここで、合成繊維とはポリアミド、ポリエステル
、ポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリビニル
アルコール、ポリ塩化ビニル等の一般的に知られた合成
繊維の他、ガラス繊維、アルミナあるいはジルコニア等
の無機繊維や各種金属繊維が含まれる。中でもポリアミ
ド、ポリエステル、ポリオレフィンなどの熱可塑性合成
繊維は、非吸湿性、耐薬品性であり、上記発熱体使用温
度範囲（２０〜’１００℃）での劣化が少ないほか、万
一局所的異常加熱が生じた場合には溶断するというヒユ
ーズ機能を有するので好ましい。また、芳香族ポリアミ
ド、全芳香族ポリエステル、ポリベンズイミダゾール、
ポリフェニレントリアゾール、ポリオキサジアゾール、
ポリイミド、熱硬化性樹脂繊維などの耐熱性合成繊維、
無機繊維あるいは金属繊維などを用いた場合には使用可
能な温度範囲を高くでき、また製品寿命を著しく延ばす
ことができるなどの利点があり好ましい。

本発明に用いる芯糸の形態としては紡績糸、マルチフィ
ラメント、モノフィラメントなど、形態を問わないが、
導電層との接着性が良好で、剥離し難いもの、たとえば
、紡績糸、表層部に短繊維を有するダブルストラクチヤ
ードヤーンあるいは嵩高加工を施したフィラメントなど
が好ましい。また、単糸の断面形状を異形とすればさら
に好ましい。紡績糸やマルチフィラメントの場合、撚糸
、特に双糸や玉子を芯糸とする糸状発熱体は、布帛とし
たときに方向ムラがなく、品質が良好となるため好まし
い。

カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子を分散配
合させるポリウレタン樹脂と芯糸の両方に対する親和性
の高い物質で、あらかじめ芯糸を処理しておくことも好
ましい。

本発明で使用するポリウレタン樹脂とは、発熱体の使用
温度範囲（２０〜１００℃）で安定した電気抵抗性能を
保ち、使用温度の上限以上の温度で溶融もしくは軟化す
るものであればとくに制限はなく、例えばアジピン酸と
１，４−ブタンジオールより合成したポリエステルにジ
フェニルメタン−４，４−ジイソシアネートを反応させ
て調製したポリエステル型ポリウレタン樹脂である。

本発明において上記ポリウレタン樹脂を使用することに
より得られる糸状発熱体は、耐屈曲性および耐摩原性に
優れ、十分な可撓性を有する。

本発明に用いるポリウレタン樹脂の溶媒は、ポリウレタ
ンＩ脂を溶解するものであれば良く、たとえば、Ｎ、・
Ｎ′−ジメチルホルムアミド、Ｎ、Ｎ’−ジエチルアミ
ド、Ｎ、Ｎ’　−ジエチルアセトアミド、ジメチルスル
ホキシド、テト溶媒が用いられる。上記溶媒は樹脂液の
粘度および芯糸に均一に付着するためには多量に用いる
ことが望ましいが、反面低濃度であるとコーティング工
程１回当りの樹脂付＠量が少なくなり、目標とする径を
有する糸状発熱体を製造することが効率的でなくなるた
め、導電性樹脂に対し、１〜１０倍重量部、好ましくは
２〜６倍重量部使用する。

本発明に使用するカーボンブラック粒子は、特に制限は
ないが通常粉体として市販されているカーボンブラック
を使用することができ、具体的にはアセチレンブラック
、チャンネルブラック、ファーネスブラック等が挙げら
れる。これらのカーボンブラック粒子は１種または２種
以上混合して使用することができ、その平均粒子径とし
ては、ポリウレタン樹脂に対する分散性の点から通常１
〜５００ｍμ、好ましくは５〜３００Ｔｒｔμ、ざらに
好ましくは１０〜２００ｍμのものが使用される。

本発明に使用するグラファイト粒子は、特に制限はない
が、通常粉体として市販されているグラファイト、すな
わち天然に産出する土状黒鉛、リン片状黒鉛、リン状黒
鉛や人工的に造られる黒鉛を使用することができる。こ
れらのグラファイト粒子は１種または２種以上混合して
使用することができ、その平均粒子径としては、ポリウ
レタン樹脂に対する分散性の点から０゜１〜１００μｍ
、好ましくは０．２〜５０ｔ１ｍ。

ざらに好ましくは００５〜２０μｍのものが使用される
。カーボンブラック粒子とグラファイト粒子との合計配
合量はポリウレタン樹脂に対し所望の抵抗値を有する糸
状発熱体が得られる点より、好ましくは６０〜１５０重
量％であり、より好ましくは７０〜１３０重量％でおる
。６０重量％未満では得られる糸状発熱体の抵抗値が高
くなるので単位容積当りの発熱量が低下し、また、前記
１５０重量％を越えるとポリウレタン樹脂が不足するの
で得られる糸状発熱体の抵抗値バラツキが大きくなりし
かも耐屈曲性、耐摩擦性等の機械的強度が低下する傾向
におる。

カーボンブラック粒子とグラファイト粒子の配合重量比
（カーボンブラック粒子／グラファイト粒子）は、好ま
しくは１〜４、より好ましくは１．５〜２．５である。

前記１未満または４触を越えると得られる糸状発熱体の
抵抗値が高くなるので単位容積当りの発熱量が低下する
傾向となり、しかも抵抗値のバラツキも大きくなる。

また、本発明における導電性樹脂は、目的に応じて種々
の改質剤や添加剤を含有することができる。

本発明においては、必要に応じて導電層を複数層設ける
ことも行なわれる。この場合、ポリウレタン樹脂中に分
散せたカーボンブラック粒子およびグラファイト粒子の
組成および含有量を、必要に応じて各層毎に変更するこ
とができる。例えば、糸状発熱体の表面滑性を高めるた
めに、最外層における含有量を内層より少なくする等適
宜に決定して実施できる。

本発明の糸状発熱体の抵抗値は、ポリウレタン樹脂中に
含有されるカーボンブラック粒子およびグラファイト粒
子の含有量、被覆する層の厚さ等により適宜決定するこ
とができるが、発熱性の点から、好ましくは１〜１００
に０７ｍであり、より好ましくは３〜５０にΩ／７７Ｚ
である。抵抗値が１にΩ／ｍ未満であると単位長さ当り
の発熱量が大きすぎ、また、１００に０７ｍを越えると
単位長さ当りの発熱量が小さ過ぎるため、本願発明の発
熱体の主要な用途でおる均一加熱可能な低温発熱体とし
て使用する上で好ましくない。また、その抵抗値のバラ
ツキＣ■（％）はできるだけ小さいことが好ましく、好
ましくは１０％以下、より好ましくは８％以下である。

本発明の糸状発熱体の糸径は必要とされる導電層および
製品形態によって適宜選択できるが、できるだけ細いも
のが好ましく、導電層を被覆した糸状発熱体の状態で１
．５ＪｌｌＩ＋！径以下のものが好ましい。

本発明の糸状発熱体の製造方法の一例を挙げて次に示す
。

く準備工程〉 芯糸の準備： 結び玉のない糸条を用意する。

カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子を分散配
合した樹脂液の準備： 適当な溶媒に、ポリウレタン樹脂を溶液粘度が２０〜１
００ボイズとなるように溶解し、これにカーボンブラッ
ク粒子およびグラファイト粒子を懸濁させ、事前によく
攪拌したものを、溶媒の蒸発を防ぐために糸道以外を密
閉した容器に入れる。

くコーティング工程〉 カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子を懸濁さ
せた前記樹脂液を攪拌しながら前記芯糸を浸漬させた後
、取り出し、必要な大きさのダイスに通して前記樹脂液
の付着量を調整する。この場合、発熱体層の機械的強度
を向上させるには、糸を構成している各単ｍ維が前記樹
脂液で十分に濡れることが必要であり、そのためには、
粘度のコントロールとダイス径の調整が必要である。工
業的には、ボビンに巻取った芯糸をローラ機構により、
連続的に引き出して樹脂液中を潜らせる方法を採用する
。また、前記樹脂液を計量装置により計量供給し、付与
ノズルにより、連続走行する芯糸に定量的にコーティン
グする方法が好ましく採用できる。

く乾燥工程〉 コーティング工程から引き出された芯糸は、次の乾燥工
程に送られる。乾燥は、通常の乾燥で良いが、生産性の
向上等を考慮して乾燥空気の加温、赤外線ランプによる
加熱等、乾燥を促進する各種の手段を併用することもで
きる。

かくして得られる導電層は１回以上、好ましくは２回以
上積層される。具体的には、前記コーティング工程と乾
燥工程を所定回数繰り返して芯糸上にポリポリウレタン
樹脂中にカーボンブラック粒子およびグラファイト粒子
を分散させた導電性樹脂よりなる導電層を年輪状に形成
させるものでおる。その際、前回の工程で形成した導電
層が溶剤に再溶解しないように前工程の乾燥を十分性な
うことが好ましい。積層する各層のカーボンブラック粒
子およびグラファイト粒子の分散濃度が異なる場合は当
然として、該分散濃度が同一の場合も、工業的に実施す
るときは、一般的に各積層工程の樹脂液をそれぞれ別と
する方が能率的である。

かくして得られた本発明の糸状発熱体は、可撓性に富み
、耐屈曲性、耐摩擦性等の機械的強度に優れ、発熱線単
位長さ当りの抵抗値が均一であり、各種の発熱体製品の
発熱素材として有利に利用できる。

［実施例］ 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお、
実施例中得られた糸の特性の測定は次の方法によった。

Ａ、電気抵抗値：テスタを用いて１ｍの抵抗値をｎ−４
０で測定し、その平均値とバラツキＣＶ（％）＝標準偏
差÷平均値Ｘ１００を求めた。

Ｂ、糸径：糸横断面の顕微鏡観察の平均径から決定した
。

実施例１ ポリエステル型ポリウレタン樹脂（大日精化工業（株）
製）１００重量部をメチルエチルケトンとジメチルホル
ムアミドとの混合溶媒（重量比８０　：　２０）５４０
重量部に均一に溶解したのち、平均粒子径４０ｍμのカ
ーボンブラック粒子５０重量部と平均粒子径８．８μの
グラファイト粒子３０重量部とを前記溶液に添加し、分
散させた。この導電性樹脂液（以下樹脂液という）の粘
度は、Ｂ型粘度計で測定したところ３０℃の下で３４ボ
イスであった。前記の樹脂液を攪拌しながら、その中に
ポリエステル紡績糸（２０番双糸）を２０℃で２ｍ／分
の速度で浸漬、通過させたのち、直径が０．６ｓφのダ
イスを通過させることにより樹脂液付着量を調節した。

使用したダイスは、ステンレス製で、糸掛は時に２分割
できるタイプのものを使用した。ひきつづいて１２０℃
に調節した乾燥機を通過させ、芯糸の周囲にカーボンブ
ラック粒子およびグラファイト粒子を分散、含有するポ
リウレタン樹脂の導電層を乾燥固着させた。

この第１段の乾燥固着プロセスとまったく同一手法で第
２段処理を行なった。但し、このときのダイスの直径は
０．７ｓφを用いた。更に、第１段、第２段とまったく
同様の手法で第３段処理を重ねた。このときのダイスの
直径は０゜８ｊｌＩＩｌφであった。

このようにして得た糸状発熱体の外径は０゜５ｓφ、長
さ当りの抵抗値は１１．８にΩ／？７Ｌでおり、そのＣ
Ｖは６．４％であり、均一な抵抗値を示した。また、年
輪状にカーボンブラック粒子およびグラファイト粒子を
含有すること、積層処理により表面の凹凸が小さく、表
面が滑らかで摩擦係数が小さくなっていることが確認さ
れた。ざらに、この糸状発熱体を数十回手で折り曲げ、
柔軟性に優れていることを確認した。

実施例２〜１５ カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子の配合量
を表１のように変更した点を除き、実施例１と同様の方
法で糸状発熱体を製造した。

実施例２〜１５により得た糸状発熱体の外径は０．５〜
０．６７１！Ｉｌｌφであり、はぼ均一な抵抗値を示し
た。また、表面が滑らかであり、十分に柔軟であること
が確認された。

（以下余白） 比較実施例１ カーボンブラック粒子８０重量部を用い、グラファイト
粒子を使用せず、実施例１と同様の方法により、糸状発
熱体を製造した。得られた糸状発熱体の外径は０，５ｍ
φであったが、長さ当りの抵抗値は５２７．ＯΩ／ｍと
高く、また、そのＣｖは２０．８％であり抵抗値のバラ
ツキが大きかった。

比較実施例２ グラファイト粒子８０重量部を用い、カーボンブラック
粒子を使用せず、実施例１と同様の方法により、糸状発
熱体を製造した。得られた糸状発熱体の外径は０．５＋
１１１φ、であったが、長さ当りの抵抗値は２４５．３
に０７ｍと高く、また、そのＣｖは２１．７％であり抵
抗値のバラツキが大きかった。

比較実施例３ 直鎖低密度ポリエチレン２４重量部と高密度ポリエチレ
ン７６重量部の混合物に平均粒子径４０ｍμのカーボン
ブラック粒子４８重量部と平均粒子径８．８μｍのグラ
ファイト粒子１２重量部を分散した導電性樹脂（体積固
有抵抗値：１．６Ω・α）を２００℃の加熱流動下で実
施例１と同じ芯糸に被覆し、０．５ＩｒＩＩ１１φの径
を有する糸状発熱体を製造した。この糸状発熱体の抵抗
値は８２．１に０７ｍであり、そのＣｖは。

１６．２％であった。この糸状発熱体を数十回手で折り
曲げたところ、導電層に亀裂が生じた。

［発明の効果］ 本発明の糸状発熱体は、可撓性に富み、導電層（発熱層
）と芯糸との接着が良好で屈曲、摩擦等により剥離し難
く、かつ長期間安定して使用得る糸状の発熱体である。

これにより、製織編可能で、衣料分野、連装分野、農業
、水産、土木分野など各種の用途に適用できる発熱体を
提供し得たものである。熱論、自動車、電車などの車両
や航空機、船舶、宇宙ロケットなどあらゆる乗物にも適
用され得る。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子を
   ポリウレタン樹脂中に分散した導電性樹脂より成る導電
   層を芯糸の周囲に形成させた糸状発熱体。
2. （２）カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子の
   合計配合量がポリウレタン樹脂に対し、６０〜１５０重
   量％であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の糸状発熱体。
3. （３）カーボンブラック粒子とグラファイト粒子の配合
   重量比（カーボンブラック粒子／グラファイト粒子）が
   １〜４であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項または第（２）項記載の糸状発熱体。
4. （４）カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子の
   ポリウレタン樹脂懸濁溶液を芯糸に付着せしめ、しかる
   のち乾燥固着させて、カーボンブラック粒子およびグラ
   ファイト粒子をポリウレタン樹脂中に分散させた導電性
   樹脂より成る導電層を該芯糸の周囲に形成させる工程を
   １回以上繰り返して、該芯糸の周囲に単層または複数層
   の該導電層を形成させることを特徴とする糸状発熱体の
   製造方法。
5. （５）カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子の
   合計配合量がポリウレタン樹脂に対し、６０〜１５０重
   量％であることを特徴とする特許請求の範囲第（４）項
   記載の糸状発熱体の製造方法。
6. （６）カーボンブラック粒子とグラファイト粒子の配合
   重量比（カーボンブラック粒子／グラファイト粒子）が
   １〜４であることを特徴とする特許請求の範囲第（４）
   項または第（５）項記載の糸状発熱体の製造方法。