JPS6366887A - 糸状発熱体 - 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
に発熱する糸状発熱体に関するものでおる。

（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
、電気カーペット等民生用にも広く普及し、その便利さ
から今復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ｍ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
撓性の芯に極細い抵抗線をスパイラル状に捲き付けたも
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、耐摩腔性等
の点で要求する性能を充たすことができず、又、ｒ房用
の衣料や、老人、病人用に使用するには、なお、可撓性
が不足しており、更に、改善が要求されている。

可撓性に富む糸状の加熱体を得る試みとして、例えば、
特開昭５１−１０９３２１号がある。これはナイロン製
のコンジュゲートフィラメント等の繊維表層を膨ｉ１￥
１させて、カーボン粒子を含浸・分散させて糸状加熱体
としたものがある。この発熱体は、含浸の程度によって
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い。

（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、可撓性に冨み
、発熱体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、長期間安定して使用し得る糸状の発熱体を
提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の糸状発熱体は、 （１）　　繊維を構成する根幹ポリマーに直結した官能
基を有する合成繊維からなる芯糸が導電性粒子を分散含
有する可撓性合成樹脂によって被覆されていることを特
徴とする糸状発熱体。

（２）　　繊維を構成する根幹ポリマーに直結した官能
基を有する合成繊維が、プラズマ処理または分１［理さ
れたものである特許請求の範囲第（１）項記載の糸状発
熱体。

（３）　　導電性粒子が、カーボンブラック、金属粉か
ら選ばれた少なくとも１種である特許請求の範囲第（１
）項記載の糸状発熱体である。

本発明の芯糸は、繊維を構成する根幹ポリマーに直結し
た官能基を有する合成繊維からなる芯糸である。

すなわち、本発明の糸状光熱体を構成する発熱層は合成
樹脂とそれに含有される導電性粒子で作られている。し
たがって、この樹脂と芯糸との接着力は、即、耐摩擦特
性、剥離強力、屈曲耐久性などの性能として反映される
。接着強力は化学的に結合しているか否かによって大き
く左右される。

本発明は合成繊維の物理特性を大幅に変化させることな
く、かかる接着性を芯糸に付与し、ざらに糸状発熱体と
しても発熱効果に影響を与えず、発熱後の糸特性や発熱
特性などの性能にも何ら変化を来たさないない芯糸につ
いて検討した結果、繊維を構成する根幹ポリマーに直結
した官能基を有する合成繊維からなる芯糸が効果的でお
ること、具体的にはプラズマ処理または分解処理してｔ
ＪＡ維表面表面能基を付加したものが極めて合理的にそ
の目的を達成する事実を究明したものである。

根幹ポリマーに直結した官能基とは、該繊維を構成する
ポリマーの分子鎖に結合した官能基であって、かかる官
能基としては、パーオキサイド基、カルボキシル基、カ
ルボニル ド塁、ヒドロオキサイド基、アミノ基、アミド基、第４
級アミノ基等が包含される。

かかる官能基を形成させる手段としては酸化処理、分解
処理、プラズマ処理があるが、その中でも機械的特性の
点からプラズマ処理が好ましい。

酸化処理は繊維表面を酸化剤により酸化して、酸素を含
有する官能基を付与するものであり、通常の液相酸化と
気相酸化の２方法が適用できる。

分解処理はポリマー表面を分解することにより、末端官
能基を増加させる方法で、たとえばポリエステルのアル
カリ分解などは代表的である。

いずれの場合も繊維表面を処理するに止めるのが好まし
い。

プラズマ処理とは電極間に高電圧を印加して発生させた
プラズマ放電雰囲気中に物体を曝す処理のことで、放電
の形態としては、放電が均一で活性化作用にすぐれたグ
ロー放電が好ましく選択される。

グローｆｌｌ電は５０ｔＯｒｒ以下、さらには２０↑ｏ
ｒｒ以下、特に好ましくは０．０１〜１０ｔｏｒｒの減
圧下のガス雰囲気中で高電圧を印加して発生するもので
、処理時間は繊維の種類や処理装置によって選択される
が、通常数秒間から数分間であり、好ましくは１秒から
５分間程度である。

雰囲気ガスとしては、たとえば、ＡＩ’．Ｎ２、Ｈｃ　
　Ｓ　ＣＯ２　　、　Ｃｏ，　　０２　　、　ＣＦ　　
４　　、　ト１２　　０　、Ｎｌ−１３、アミン化合物
、空気などがあげられるが、特にＡｒ，Ｈｅならびに酸
素原子を含むガス、たとえばＣＯ，ＣＯ２、０２、町ｏ
，ＮＨ３、アミン化合物、空気などからなるガスが好ま
しい。

プラズマ処理により合成樹脂の表面（３０００人以内）
の分子鎖に結合する官能基が増加する。

たとえ（工、カルボニル基、カルボキシル基、ヒドロオ
キシル基、ヒドロオキシパーオキサイド基、アミノ基、
アミド基などを雰囲気ガスの選択により形成付与するこ
とができる。

かかる官能基の表面濃度は、たとえば酸素含有官能基の
場合は酸素濃度を測定することで判断でき、次のように
して測定される。

ＥＳＣＡ測定条件： 装　　置：国際電気社製ＥＳ−２００型Ｘ線光電子分光
装置 測定条件 励起Ｘ線：ＡｆｆＫα１，２線（１４８６，６８Ｖ）Ｘ
繰出カニ　１０ＫＶ、２０ｍＡ 温　度：２０’Ｃ 真空度　：　１０−８ＴＯｒ　ｒ 運動エネルギー（Ｋ、Ｅ、＝に１ｎｅｔｉＣｅｎｅｒ（
１ｙ）補正ａ、中性炭素のＣ１，の運動エネルギーを１
２０２．０’ｅＶに合わせる。

ｂ、Ｃ１，の主ピークの運動エネルギーを１２０２、Ｏ
ｅＶに合わせる。

上記の条件に測定装置を調節して処理前後の炭素原子１
モルに対する酸素原子のモル数、すなわち原子数比（０
１Ｓ／Ｃ１５）を測定する。窒素の場合はＮ１Ｓ／Ｃ１
Ｓを測定する。

但し処理前の試料がない場合には、合成１雑の表面から
少なくとも０．５μｍ内部（切削しても可）の濃度を測
定し、これを処理後濃度から差引いて表面の官能基濃度
を求める。

代表的な合成樹脂別のプラズマ処理品の表面濃度例を示
すと次の通りである。

ポリエチレン系樹脂　　　０．０６〜０．１ポリエステ
ル系樹脂　　　０．０８（＝ｌ近ポリアミド系樹脂　　
　　０．０８付近この酸素含有官能基濃度の値が大きい
程、発熱体を構成する樹脂の担持性がよく、糸状発熱体
としての耐久性、発熱特性に好ましい効果を与えるが、
大きすぎると急激に繊維強度の低下を来たし好ましくな
い。したがって、通常は０．０２〜０゜３、好ましくは
０．０５〜０．２が適当である。

かかる官能基含有繊維はフィラメントであってもステー
プルであっても、それらの混用であってもさしつかえな
い。熱論、異形断面のものや捲縮を有するものやそれら
の混用、さらに非捲縮繊維との混用であってもさしつか
えない。場合によっては天然繊維と混用してもよい。

本発明の芯糸を構成する合成繊維としては、たとえば、
熱可塑性合成樹脂を選択すると、耐熱性、非吸湿性であ
り、耐薬品性であり、熱による劣化が少ないなどの各種
の性能の繊維を選択できることの外、いずれの場合も、
何等かの理由で局部的過熱が生じた場合には溶断して、
一種の温度フユーズとして作用するという特徴を発揮す
る。かかる例としては、ナイロン系、ポリエステル系、
ポリオレフィン系などの熱可塑性合成樹脂があげられる
。

また、明確な融点を右さない樹脂、たとえば、仝芳香族
系樹脂や熱硬化性樹脂からなる繊維を選択すると、温度
による溶断の心配のない丈夫な発熱体を提供でき、用途
によっては、この芯糸が重要な要件となる可能性がある
。かかる例としては、芳香族ポリアミド、ポリフロロエ
チレン、ポリスルフィド、ポリイミド、ポリアミドイミ
ドなどがあげられる。

かかる繊維は、ざらにカーボン粒子層との接着を良くす
るために、これらの繊維をそのまま或いは糸状、さらに
は紡績糸、シースコアヤーンなどの形態を有する糸条と
して採用してもよい。たとえば撚糸の例では、三子撚り
糸が織物としたとぎに方向ムラがなく、品質のよい面状
発熱体を１ｑることができる特徴がある。

次に本発明の発熱層（導電性粒子層）について説明する
。

本発明の発熱層において、導電性粒子と混合される合成
樹脂としては、温度に対し安定した性能を保ち、接着性
、耐屈曲性、耐摩擦性等に優れた合成樹脂ならば、特に
制限はないが、好適に使用され１与る樹脂としては、ウ
レタン系樹脂、アクリル系樹脂、ブヂラール系樹脂等が
挙げられ、特に可撓性のものが好ましく選択される。必
要ならば、これらに架橋剤を配合してもよい。

本発明の導電性粒子としては、たとえば金属粒子、カー
ボン粒子が代表的なものとしてあげられるが、別に導電
性の粒子であればその種類を問わない。たとえば、カー
ボン粒子としては、通常粉体として市販されているカー
ボンを使用することができ、粒子径としては、通常２０
〜４０ｍμのものが使用される。その使用量は所望する
抵抗値により適宜変更される。たとえば、通常の場合は
前記樹脂固形分１００重量部あたり、５〜１５重量部、
好ましくは７〜１２重足部が使用される。

前記５重足部未満では、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を示し、又、前記１５重量
部越えると均一なコーティングができにくくなり、耐屈
曲性、耐摩擦性等の機械的強度が低下する傾向を示す。

本発明の糸状発熱体の抵抗値は、前記合成樹脂中のカー
ボン含有量、積層する層の厚さ等により適宜設定するこ
とができる。たとえば前記配合の場合では０．４〜０．
６１Ｔ１ｍφ、好ましくは０．５〜０．５５ｍｍφとし
たときで、略１２〜１４に０７ｍの抵抗体を得ることが
できる。しかし、必要により、１〜１００に０７ｍの抵
抗体を得ることも可能であり、用途によって導電性粒子
ならびにそれと混用する合成樹脂を選択することができ
る。

この糸状光熱体を更に複数本撚り合せ太くすることによ
り、抵抗値を小さくすることも可能である。

本発明の糸状発熱体のＩｊｊ造方決方法例を挙げて次に
示す。即ち、 〈準備工程〉 芯糸の準備二合成繊維からなる糸条でかつ結び玉のない
糸条を用意し、これをプラズマ処理または酸化処理、分
解処理から選ばれた少なくとも１種の処理を施して、そ
の表面に官能基を付与する。

カーボン粒子の樹脂懸濁液の準備：適切な溶媒に、樹脂
を通常溶液粘度が２０〜１０．０ボイスとなるように溶
解し、これにカーボン粒子を！ｖ！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
閉型の容器に入れる。前記粘度は、カーボン粒子が沈降
しない範囲で作業性を考慮して適宜選定する。

くコーティング工程〉 カーボン粒子を懸濁させた前記樹脂懸濁液を攪拌しなが
ら前記芯糸を浸漬させた１変取り出し、必要な大きさの
ダイスに通して前記懸濁液の付着料を調節する。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
している各単繊維が前記懸濁液で充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懸濁液中
を潜らせる方法を採用することが好ましい。

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、通常の通気乾燥で良いが、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、乾燥を促進するために通常用いられる各種
の手段を併用することができる。

かくして得られる導電層は１層でもさしつかえないが、
複数回、好ましくは２回以上、特に３回収上積層するの
が好ましい。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合成樹脂に分散させ
たカーボン粒子層を年輪状に形成さけるものである。そ
の際、前回の工程で形成した樹脂層が溶剤に再溶解しな
いように前工程の乾燥を十分行うのが好ましい。

導電性粒子層を複数層積層する場合、合成樹脂層に分散
されたカーボン粒子の濃度は、必要に応じ各層毎に変更
することができる。例えば、糸状発熱体の表面滑性を高
めるためには、最内層から順次１２重徂％、１０重足％
、最外層を５重ω％とする等適宜に決定して実施できる
。

く後工程〉 以上によって得た糸状発熱体は、必要に応じ電線を被覆
絶縁すると同様に表面を絶縁する。使用される絶縁材お
ｌには、特に限定はなく、又、下地となる発熱体層との
接着性に問題がある場合には、前処理として、アンダー
コート材を使用する等通常この種の工程に使用される技
術を適宜用いることができる。

かくして得られた本発明の糸状発熱体は、第１図に示す
ような構造を有し、導電性粒子２を含有する合成樹脂３
かうなる発熱層１と芯糸５とから構成されており、かつ
発熱層１が２層以上存在する場合は各層間に緻密な発熱
層間被膜４が存在する。なお場合によっては合成樹脂に
気泡が存在することがあるが、この気泡は本発明の発熱
特性に影響がないばかりか、柔軟性を改善する効果を発
揮する。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

（実施例） 実施例１ 平均粒径４０ｍμの炭素粒芋を１０重足％含有するポリ
エステル型ウレタン樹脂（大日精化製品）をメチルエチ
ルケトンとＤＭＦとの重量比８０：２０の混合溶媒に濃
度２４重量％となるように均一に溶解（含浸液）させた
。このカーボン懸濁溶液の粘度は、Ｂ型粘度計で測定し
たところ３０’Ｃの下で４５ポイズであった。

前記の含浸液を撹拌しなが、ら、その中に下記条件でプ
ラズマ処理したポリエステル２０番双糸の紡績糸（０，
５６ｍｍφ）を２０°Ｃで２ｍ／分の速度で浸漬・通過
させた後、直径が０．６ｕφのダイスで糸付着量を調節
した。使用したダイスは、ステンレス製で、糸掛は時に
２分Ａ１１できるタイプのものであった。その後、連続
して１２０℃に調節した乾燥機を通過させて芯糸の周囲
にウレタン樹脂に分散したカーボン粒子層を乾燥固着さ
せた。

（プラズマ条件） ガ　　　ス　　　　酸素 減圧度　　１丁ｏｒｒ 印加電圧　　　３ＫＶ 周波数　　１１０ＫＨ７ 処理時間　　　１分 プラズマ処理後の芯糸の表面側の繊維表面の醒索濶度を
測定したところ、内部との差が０．１であった。

この第１段の乾燥固着プロセスと全く同一手法で第２段
処理を行った。但し、このときのダイスの直径は０．７
ｍｍφを用いた。更に、第１段、第２段と全く同様の手
法で第３段処理を重ねた。このときのダイスの直径はＯ
，ａＳφであった。

比較のために、プラズマ処理をしないポリエステル２０
番双糸の紡績糸（０，５６ｍｍφ）を用いて上記と同一
処理を施したものを用意した。

本実施例の発熱体層は繊維表面とカーボン樹脂層とのヌ
レ特性がよく、樹脂のバラツキも少なく、年輪状のカー
ボン層を有していることが確認された。

しかし、比較例のものは芯糸表面の酸素濃度増大効果は
なく、樹脂ののりが悪く、バラツキも大きく実用的には
問題があった。

（発明の効果） 本発明は、可撓性に富み、発熱体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、発熱線単位長さ当
りの抵抗値が均一であり、長期間安定して各種の発熱体
製品の発熱素材として有利に利用できる糸状の発熱体で
あり、糸状であるから製編織可能で、衣料分野、建装分
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
どの重両ヤ前空殿、船ｎＯ１宇宙ロケットなどあらゆる
乗物にも好適に適用され１ｑる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の糸状光熱体の断面を示す繊維の形状例
である。 図中 １：発熱層　２二力電性粒子　３：合成樹脂４：発熱層
間被膜　５：芯糸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維を構成する根幹ポリマーに直結した官能基を
   有する合成繊維からなる芯糸が導電性粒子を分散含有す
   る可撓性合成樹脂によって被覆されていることを特徴と
   する糸状発熱体。
2. （２）繊維を構成する根幹ポリマーに直結した官能基を
   有する合成繊維が、プラズマ処理または酸化処理、分解
   処理されたものである特許請求の範囲第（１）項記載の
   糸状発熱体。
3. （３）導電性粒子が、カーボンブラック、金属粉から選
   ばれた少なくとも１種である特許請求の範囲第（１）項
   記載の糸状発熱体。