JPS63270830A - 糸状の発熱体 - 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
発熱する糸状の発熱体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ある。

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、布帛上にカーボン粒子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１〜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ｒｔｌ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＠公報
があるが、この発熱体は、長さ当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おる。

また、補強材で必る芯糸にアクリル樹脂などの接着剤を
塗＃ｌｉ　シた後、導電性粒子を接着させて糸状の発熱
体とした実公昭／１０−１５７５０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ブラ゛スチツクに配合し
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あり、
そのため体積固有抵抗（比抵抗）がたかだか２００ｃｍ
程度であり、０．３〜１．５＃φ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。

また、直鎖低密度ポリエチレンとポリプロピレンもしく
は高密度ポリエチレンにカーボンブラック粒子とグラフ
ァイト粒子を分散した導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］ 本発明はかかる従来の問題点を改善し、可撓性に富み、
長さ当たりの抵抗値のバラツキが小さく、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
発熱体を（２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エーテルエステルブロック共重
合体（以下、ポリエーテルエステルと略称する）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
せた糸状の発熱体により達成できる。

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１〜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ｍ　Ｉｆｆの他、ガラス繊維、アルミナあるいはジル
コニア等のｗＩＢ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イ丁するので好ましい。また、芳香
族ポリアミド、仝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、無機繊維お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１〜、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、表層部に短繊キ１［を有するダブルスト
ラクチャ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、特に双糸ヤ）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
合させるポリエーテルエステル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エーテルエステルはテレフタル酸
と１，４−ブタンジオールを必須成分とするポリエステ
ルからなるハードセグメントおよび数平均分子量が３０
０〜６０００のポリオキシアルキレングリコールとジカ
ルボン酸から成るソフトセグメントから溝成される。こ
のポリエーテルエステルのハードセグメントたるポリエ
ステルは、テレフタル酸と１，４−ブタンジオールを必
須成分とし、さらにその他のジカルボンＲおよび／また
はその他のジオールを含んでいてもよい。また、このポ
リエステルエーテルのセグメン！〜は、前記ハードセグ
メントと同一のジカルボン酸と数平均分子量が３００〜
６０００のポリオキシアルキレングリコールとから樹成
される。ここでいうポリオキシアルキレングリコールと
しては、ポリエチレングリコール、ポリ（１，２−およ
び１，３−プロピレンオキシド）グリコール、ポリ（テ
トラメチレンオキシド）グリコール、エチレンオキシド
とプロピレンオキシドの共重合体、エチレンオキシドと
テトラヒドロフランの共重合体等が挙げられる。これら
のうちで特に耐熱性の点よりポリ（テトラメチレンオキ
シド）グリコールが好ましい。ポリオキシアルキレング
リコールの数平均分子量は３００〜６０００の範囲であ
り、前記７００未満では得られる糸状発熱体の機械的性
質が劣り、前記６０００を越える場合には耐熱性が不足
する。

また、ポリエーテルエステル中のポリエーテルソフトセ
グメント含有量は５〜８０ｕ量％である必要がある。前
記５重量％未満では柔軟性が低下するため好ましくなく
、前記８０＠ｆｆｉ％を越えるとポリマのハードセグメ
ントがほとんど消失し、耐熱性が悪化する傾向がある。

特に好ましいソフｌ〜セグメント含有量は１０〜７０手
偵％である。

本発明において、ト記ポリエーテルエステルを使用する
ことににす、（ｑられる糸状発熱体は、使用温度（２０
〜１００℃）で安定した電気抵抗特性を保ち、使用温度
の上限以上の温度で溶融もしくは軟化するヒユーズ特性
を有するだ（プでなく、耐屈曲性、耐摩Ｉ察性等の機械
的特性に優れ、十分な可撓性を有する。

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、）７−ネスブラツク等が挙げ
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では、
ポリエーテルエステルに対する分散性の点から通常１〜
５００ｍμ、好ましくは５〜３００ｍμ、さらに好まし
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、ぞの工均粒子径としては、ポリエ
ーテルエステルに対する分散性の点からｏ、ｉ　〜ｉｏ
ｏμｍ、好ましくは０．２〜５０μ７ｎ、さらに好まし
くは０．５〜２０μｍ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エ
ーテルエステル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３０〜１２０重世％であ
り、より好ましくは４０〜１００重量％である。３０ｆ
ｆｉｆｆｉ％未満では１ｄられる糸状発熱体の抵抗１１
１１が高くなるので単位容積当たりの発熱層が低下し、
また、前記１２０ｆｆｌｆＪｔ％を越えるとポリエーテ
ルエステル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ある。

カーボンブラック粒子とグラファイト粒子の配合千聞比
（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を越えると得られる糸状発熱体の抵
抗値が高り４【るので単位容積当たりの発熱層が低下す
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ａ３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【プ
ることも行なわれる。この場合、ポリエーテルエステル
中に分散させたカーボンブラック粒子おにびグラフアイ
１−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、最外螢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、ポリエーテルエステル
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、好ましくは１〜１００にΩ／Ｔｒｔ
、より好ましくは３〜５０に０７ｍである。抵抗値が１
にΩ／雇未満であると単位長さ当たりの発熟幡が大きす
ぎ、また、１００に０７ｍを越えると単位長さ当たりの
発熱量が小さ過ぎるため、本発明の発熱体の主要な用途
であ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１１ｒ１のバラツキＣｖ（
％）はできるだけ小ざいことが好ましく、好ましくは１
０％以下、より好ましくは８％以下、ざらに好ましくは
６％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Ｎ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
．５ｍ径以下のものが好ましい。

本発明の糸状の発熱体の製造方法の一例を挙げて次に示
す。

第１図に本発明の糸状の発熱体を得る好適な実施態様を
示す。芯糸１は実質的に延伸されることなく連続走行し
ながらダイ５に入り、一方力−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導電性樹脂２はメルト
エクストルーダー３で加熱流動化され計量ポンプ４で連
続計量される。計量された該導電性樹脂は芯糸１とは別
口からダイ５に入り、第２図に示したようにダイ５の中
のニップル９のニップル孔１０を通過してきた芯糸上に
溶融被覆される。導電性樹脂を被覆された芯糸は、ダイ
５のダイ孔８から出た後、オーバーフロー型の水冷水槽
６で水冷され、轡き収り機７で巻き取られる。

かくして得られた本発明の糸状の発熱体は、可撓性に富
み、耐屈曲性、耐摩擦性等の機械的強度に優れ、発熱層
中にボイドがなく発熱体単位長さ当たりの抵抗値が均一
であり、各種の発熱体製品の発熱素材、特に低温発熱素
材として有利に利用できる。

［実施例コ 以下、実施例にＪ：り本発明を具体的に説明する。なお
、実施例中得られた糸状発熱体の特性の測定は次の方法
によった。

Ａ、電気ｊ氏抗値：テスタを用いて１ｍ当たりの抵抗値
をｎ＝／ＩＯ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 第１図において、ニップル孔０．４０ｓφのニップルを
通って５０ｍ／分の速度で連続走行している融点２６０
℃のポリエステル双糸の紡績糸（断面積：　０．０３１
　Ｘ　１０’ｍ２）に、ポリエーテルエステル（組成比
（モル比）：テレフタルＭ／イソフタル酸／数平均分子
ｆｆ１１０００のポリ（デトラメチレンオキシド）グリ
コール／１．／！−ブタンジオール＝１１０．２１０゜
１／１．Ｌ融点：１７０℃）１００重団部に平均粒子径
４０ｍμのカーボンブラック粒子４０重量部と平均粒子
径８．８μｍのグラフフイ［・粒子２４千足部とを分散
配合した導電性樹脂を２００℃で加熱流動化し、計ロボ
ンブにより１０　Ｘ　１０　’ｍ’、／分の割合で連続
計量し、ダイ孔０．６８φ（断面積０．２８３Ｘ１０−
６ｍ２）のダイを通して溶融被覆した。

このようにして１りた糸状発熱体の外径は、０゜５４＃
、長さ当たりの抵抗値は、１３．９にΩ／ＴｒＬ１その
ＣＶが５．４％でおり、均一であった。その断面を顕微
鏡でＩ２察したところ、導電層と芯糸との密着性は良好
であった。また、この糸状発熱体を数十回子で折り曲げ
、柔軟であることを観察した。

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１ｑた糸状発熱体の外径は。

０．５４８φであり、柔軟性を有し、はぼ均一な抵抗値
を示した。

（以下余白） 比較実施例１ カーボンブラック粒子６４重ω部を用い、グラフ１４８
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０．５４
ｓφであり、また柔軟性を有していたが、長さ当たりの
抵抗値は１３８．２に０７ｍと高く、そのＣＶは１４゜
９％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６４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′！ｌｉ造した。１ｑられた糸状発熱体の外径は
０．５４ｓφであり、また柔軟性を付していたが、長さ
当たりの抵抗値は１２９．０に０７ｍと高く、また、そ
のＣＶは１７．０％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２フ１重聞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型温部と平均粒子径８．８μｍの
グラファイト粒子１２重量部を配合した導電性樹脂（体
積固有抵抗：１．６Ω・ｃｍ’）を用いて、実施例１と
同じ方法により０．５４ｓφの径を有する糸状発熱体を
製造した。この発熱体の抵抗値を測定したと、ころ、８
２．１にΩ／ｍであり、発熱効果を有することは確認で
きたが、これを数十団子で折り曲げたところ、導電層に
亀裂が生じていた。

［発明の効果］ 本発明の糸状の発熱体は、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、摩隙等により剥離し
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１３１分野、埋装分野
、゛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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の糸状の発熱体の製造装置の一例であり
、第２図はダイの断面図を示す。 １：芯糸 ２：導電性樹脂 ３：メルトエクストルーダー ４：計量ポンプ ５：グイ ６：冷却水槽 ７：巻き取り機 ８：ダイ孔 ９：ニップル １０：ニップル孔

Claims (3)

【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
   ポリエーテルエステルブロック共重合体中に分散した導
   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
   の発熱体。
2. （２）カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子の
   合計配合量がポリエーテルエステルブロック共重合体に
   対し、３０〜１２０重量％であることを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の糸状の発熱体。
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）項記載の糸状の発熱体。