TWI499699B - Antistatic processing wire and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

抗靜電加工絲及其製造方法
本發明是有關於一種抗靜電纖維及其製造方法，特別是指一種適合加工處理且具有永久性抗靜電效果的抗靜電複合纖維原絲、由其製成的抗靜電加工絲及所用的製造方法。
合成纖維高分子材料為常見的紡織材料，並大量應用於衣著方面，由於合成纖維高分子材料多為絕緣性材料，當被穿著在人體時，易在人類活動過程中因摩擦而產生靜電，所累積之電荷會發生放電、吸引等現象，輕者對穿著之人體造成不適，嚴重者將導致人體所碰觸到之精密製程元件的損壞(例如，擊穿電子元件)，甚至引起氣爆與火災(例如，引燃油汽)。因此，對高分子材料製造的衣著，有增加其導電性以抑制靜電產生的需求。
傳統纖維的抗靜電加工方法主要分為三種。第一種加工方法是對織物表面進行加工，紡織品的抗靜電效果來自於後整理加工的助劑，主要是在織物表面塗覆表面活性劑類抗靜電劑或金屬陽離子類抗靜電劑，使紡織品產生高吸濕性或高導電性以消除靜電，而將抗靜電劑塗覆在紡織品表面而採用的方式則有含浸(dipping)、塗佈(coating)或電(濺)鍍(sputtering)。
然而，該第一種加工方法中的表面抗靜電劑的作用原理主要是通過表面處理的方式使紡織品回潮率提高、降低 絕緣性，及加速靜電洩散。因此，若該紡織品是在乾燥的環境下使用或經多次洗滌之後，其效果將急速遞減，因此，該表面加工方式所獲得的抗靜電效果無法長久保持，且無法應用於一般需常洗滌之服飾，而有抗靜電耐久性不佳與應用範圍有限的缺點。
第二種抗靜電加工方法，是在合成纖維高分子材料內添加導電基材，如果所添加的導電基材是表面活性劑類的抗靜電劑，則經熔融紡絲製程後，表面活性劑會擴散到纖維表層，形成一種半永久性的抗靜電織物，同樣有抗靜電性不耐久與無法經常洗滌的問題。如果要製成永久性的抗靜電織物，則需添加高分子永久型抗靜電劑並經熔融紡絲製程，以利用該高分子永久型抗靜電劑在纖維內部形成的“導電通道”來消除靜電。然而，高分子永久型抗靜電劑多屬親水性聚合物，因此其在乾燥環境下的抗靜電效果仍然有限。此外，由於高分子型抗靜電劑的分子量較高而不利於向纖維表面移動，為了達到符合規格的抗靜電效果，需增加其添加量，才能使高分子型抗靜電劑出現在纖維表面的機率增加，如此將導致該永久性抗靜電織物的原料成本提高且增加高分子型抗靜電劑用量易使纖維強度變差。
第三種方法為導電纖維法，是利用碳粉、金屬、或金屬氧化物與高分子聚合物混合再將其抽絲形成導電纖維，並將導電纖維織成永久性抗靜電織物。由於該永久性抗靜電織物在乾燥環境下仍然有極佳的抗靜電效果，因而常被應用於電子、軍事或航太科技等方面。然而，該加工方法 所得到的纖維，由於強度上的問題而無法進行可表現出蓬鬆感或增加捲曲性的加工，多為外觀平直的原絲，所製出的織物也是平織物，因此，該導電纖維由於無法表現出蓬鬆感或捲曲性等特性，而無法用於增加紡織品的多樣性及提供較佳的手感，而有不易應用於一般服飾與應用範圍有限的問題。
因此，本發明的目的，是在提供一種兼具較佳的加工強度與長久有效的導電性，因而在保有永久性抗靜電效果的條件下，仍能被加工為具有特定外觀與特性的纖維產品的抗靜電複合纖維原絲。
於是，本發明抗靜電複合纖維原絲，是由一包含10-30 wt%的導電性碳黑的導電性複合高分子基材，以及一纖維高分子基材經複合紡絲所製成，且該導電性複合高分子基材在該抗靜電複合纖維原絲中所佔的比例為該複合纖維原絲總體積的20%-60%。
本發明抗靜電複合纖維原絲的有益效果在於：添加導電性碳黑使該複合纖維原絲具有永久性抗靜電效果，再調整該導電性複合高分子基材與具有補強與支撐效果的纖維高分子基材的比例範圍，就能使該複合纖維原絲兼具不易斷裂的加工強度與長期有效的導電性，因而能進一步加工為具捲曲外觀與蓬鬆感的纖維產品，並有助於增進抗靜電纖維的應用範圍與實用價值。
本發明還提供一種將上述的抗靜電複合纖維原絲製成 具有彈性、捲曲外觀與蓬鬆感的抗靜電加工絲的製造方法。
本發明抗靜電加工絲的製造方法，包含：(a)將一依據申請專利範圍第1項所述的抗靜電複合纖維原絲引導到一第一加熱單元中，以使該抗靜電複合纖維原絲被軟化；(b)使經軟化的該抗靜電複合纖維原絲被延伸，並對已延伸的該抗靜電複合纖維原絲進行一加撚作用，以使該抗靜電複合纖維原絲產生變形而形成一第一變形絲；(c)解除對該第一變形絲的加撚作用，以使該第一變形絲產生解撚並形成一第二變形絲；及(d)將該第二變形絲引導到一第二加熱單元中進行熱定型，並獲得一呈捲曲狀的抗靜電加工絲。
本發明抗靜電加工絲的製造方法的有益效果在於：配合該複合纖維原絲的材質組成設計而賦予該複合纖維原絲能承受加工的強度，因此能藉由對該複合纖維原絲施予軟化、延伸、加撚、解撚與熱定型等處理，改變該複合纖維原絲平直的外觀型式並使其獲得彈性、捲曲狀外觀與蓬鬆感，使據此製得的抗靜電纖維在製成紡織品時更容易進行多樣化開發設計，而有助於改善抗靜電纖維的應用範圍。
進一步地，本發明還提供一種能產生永久性抗靜電效果，且兼具捲曲狀外觀、彈性與蓬鬆感等特性，而適合製成不同用途的紡織品的抗靜電加工絲。
該抗靜電加工絲是由一抗靜電複合纖維原絲經假撚加 工而製得，並呈現不規則捲曲狀與蓬鬆感，該抗靜電複合纖維原絲則是由一含有導電性碳黑的導電性複合高分子基材，以及一纖維高分子基材經複合紡絲所製成。
本發明抗靜電加工絲的有益效果在於：由於該抗靜電加工絲由抗靜電複合纖維原絲直接假撚加工處理而呈現捲曲狀外觀與蓬鬆感，不需要另外的後加工處理，就能藉由含有導電性碳黑的導電性複合高分子基材賦予該加工絲永久性抗靜電功能，還能藉由該加工絲捲曲狀與蓬鬆感的外觀製成具有彈性、蓬鬆感、柔軟手感與較佳保溫性的紡織品，因而有助於開發為多樣化的機能性織物或服飾產品，並具有更高的實用價值。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之數個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖1，本發明抗靜電複合纖維原絲1是由一包含10-30 wt%的導電性碳黑的導電性複合高分子基材，以及一纖維高分子基材，在同一時間內擠壓至同一紡絲孔進行複合紡絲所製成，且該導電性複合高分子基材在該抗靜電複合纖維原絲中所佔的比例為該複合纖維原絲1總體積的20%-60%。其中，並藉由調整導電性碳黑的含量與該導電性複合高分子基材所佔的比例使該複合纖維原絲1的表面電阻為102 -105 Ω/sq。
該導電性複合高分子基材還包括一聚酯(polyester)的高 分子材料。此外，也可以選用一選自下列群組中的高分子材料取代該聚酯的高分子材料：聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，簡稱PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(polytrimethylene terephthalate，簡稱PTT)、聚乙烯(polyethylene，簡稱為PE)、聚丙烯(polypropylene，簡稱為PP)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride，簡稱為PVC)、聚二氯乙烯(poly(vinylidene dichloride)，簡稱PVDC)及聚丙烯腈(polyacrylonitrile，簡稱為PAN)。但可使用的高分子材料不以此為限，只要是含水率低的高分子材料，為了減少所製成的產品在使用過程中產生靜電的問題，也可以藉由添加導電性碳黑來改善所製得的纖維產品的抗靜電性。在本實施例中特別選用導電性碳黑作為抗靜電劑的主要考量即是基於導電性碳黑的耐久性優於高分子型抗靜電劑與低分子型抗靜電劑，抗靜電效果則優於氧化金屬抗靜電劑，相較於其他抗靜電劑又有價格較便宜的優勢，而能降低原料成本。此外，金屬抗靜電劑由於需要以溶劑維持其奈米結構才能產生較佳的抗靜電效果，不適合用於熱塑性高分子材料的加工製程中。因此，導電性碳黑具有導電性佳、價格便宜及容易搭配熱塑性高分子材料加工使用的特性。
該纖維高分子基材則包括一選自下列群組中的高分子材料：聚酯(polyester)、聚酼胺(polyamide)及聚烯烴(polyolefin)。其中，由於聚酯成本低，且由其所製的衣物在市場接受度高，而為目前最普遍使用的人造纖維材料之一，然而，聚酯材料的衣物在穿著上也有容易產生靜電的 問題，因此，本實施例主要選用已普遍使用的聚酯作為該纖維高分子基材的材料。
參閱圖2a~圖2i，較佳地，該抗靜電複合纖維原絲1的一斷面10包括至少一由該導電性複合高分子基材界定形成的導電區11，及至少一由該纖維高分子基材界定形成的補強區12。該導電區11與補強區12並相配合形成一選自下列群組中的配置型式：如圖2a與圖2b所示之該導電區11包圍該補強區12的芯鞘型、如圖2c~圖2e所示之該導電區11或該補強區12自該斷面10的一中心100放射狀向外延伸的分割型、如圖2f與圖2g所示之該導電區11與該補強區12呈並列結合的並列型，及如圖2h與圖2i所示之該導電區11與該補強區12的其中一者形成多個獨立的區塊部111、121，並間隔分散在該導電區11與該補強區12的其中另一者界定出的範圍內的海島型。其中，圖2g的斷面型式是由多個相間隔並列的條狀導電區11與多個相間隔並列的條狀補強區12交互結合而成。
該抗靜電複合纖維原絲1結合該導電性複合高分子基材與纖維高分子基材形成複合纖維的設計，除了可利用含有導電性碳黑的該導電性複合高分子基材產生長期有效的抗靜電特性外，還能藉由該纖維高分子基材所形成的支撐與保護機制，補強該複合纖維原絲1的結構強度，並增加該複合纖維原絲1的彈性與可延伸性，使其具有假撚加工製程所需的彈性與延伸性，並具有不易在假撚加工製程中發生斷裂情形的強度。
參閱圖3與圖4，進一步地，本發明還將外觀呈平直狀的該抗靜電複合纖維原絲1進一步處理以將其製成具有捲曲狀外觀與蓬鬆感的抗靜電加工絲，該製造方法的一較佳實施例包含下列步驟：步驟201是將如上所述的該抗靜電複合纖維原絲1導入一第一羅拉31，再由該第一羅拉31以一第一速度，引導該抗靜電複合纖維原絲1進入到一第一加熱單元41中。其中，該抗靜電複合纖維原絲的導電性複合高分子基材還包括聚酯的高分子材料，為了使該抗靜電複合纖維原絲1達到軟化效果，較佳是將該第一加熱單元41的溫度設定在高於該聚酯材料的玻璃轉移溫度並低於該聚酯材料的熔點溫度的範圍內。在本實施例中，該第一加熱單元41為一加熱箱，其溫度較佳是設定為160-220℃，用於使該抗靜電複合纖維原絲1被軟化，藉此，將使該複合纖維原絲1容易變形而能便於後續的加工處理。其中，該第一羅拉31的第一速度較佳是設定為230-330 m/min。
步驟202是使經軟化的該抗靜電複合纖維原絲1被延伸，並通過一假撚錠組5，使該抗靜電複合纖維原絲1在呈現軟化狀態與延伸狀態下，受該假撚錠組5的一加撚(twisting)作用而產生變形，並形成一第一變形絲101。在本實施例所用的加撚角度是設定為100~105度。由於加工過程中，該複合纖維原絲1的強度將隨著其延伸倍率的增加而提高，但其丹尼數與斷裂伸長率(elongation at break)將會遞減，為了避免所製得的抗靜電加工絲產品在後續織造製 程中容易斷裂而不利於加工的情形，需藉由控制延伸倍率，使所製得的抗靜電加工絲產品具有能承受後續織造製程的強度與斷裂伸長率，且較佳是將該抗靜電複合纖維原絲1的延伸倍率設定為1.5-1.75。其中，斷裂伸長率指材料自伸直至受拉伸到斷裂時的伸長量，與未被拉伸時的伸直長度的比值。
步驟203是引導該第一變形絲101繼續前進，當該第一變形絲101通過該假撚錠組5後，施加在該第一變形絲101的加撚作用就會被解除(untwisting)，並使該第一變形絲101產生解撚而形成一第二變形絲102。
步驟204是利用一第二羅拉32以一第二速度繼續將該第二變形絲102引導到一溫度設定為150-210℃的第二加熱單元42中進行熱定型(heat setting)，以降低該第二變形絲102中的殘留扭矩，及提升纖維的捲曲度的穩定性，就能獲得一仍然保有抗靜電特性，且具有彈性、蓬鬆感與捲曲狀外觀的抗靜電加工絲103。其中，該第二羅拉32的第二速度較佳是設定為400-500 m/min，且該第二加熱單元42亦為一加熱箱。為了達到熱定型效果，該第二加熱單元42的溫度也是控制在高於該導電性複合高分子基材中的聚酯材料的玻璃轉移溫度，並低於該聚酯材料的熔點溫度的範圍內，且一般在設定時，通常將該第二加熱單元42的溫度設定得比該第一加熱單元41的溫度低。
步驟205是利用一輸出羅拉33以一第三速度將所製得的該抗靜電加工絲103引導到一捲收單元6進行捲繞收 取，且該第三速度較佳為325-420 m/min。實務操作上，是使該第三速度低於該第二速度，且較佳是藉由第三速度與第二速度調整該抗靜電加工絲的延伸率為約0.8。
需要補充說明的是，在步驟202中，是藉由步驟204中的第二羅拉32的第二速度與步驟201中的第一羅拉31的第一速度將該抗靜電複合纖維原絲1的延伸倍率調整在1.5-1.75的範圍內。
本發明抗靜電加工絲103的一較佳實施例是由如上所述的抗靜電複合纖維原絲1經假撚加工而製得，除了仍具有抗靜電效果外，還呈現彈性、蓬鬆感與不規則捲曲狀，當進一步將該抗靜電加工絲103製成織物或服飾等紡織產品時，將能改善紡織產品的觸感、增加柔軟性與保暖性，有助於更多樣化的抗靜電機能之紡織產品的開發設計，而能增加抗靜電纖維產品的應用範圍並提升其實用價值。
其中，為了符合抗靜電的需求，是使該抗靜電加工絲103的表面電阻維持在105 -108 Ω/sq。此外，為了使該抗靜電加工絲103在其他織造製程中能承受加工而不易斷裂，是使所製得該抗靜電加工絲103在拉伸狀態下所測得的斷裂強度大於等於3.0 g/d。且該抗靜電加工絲103的斷裂伸長率大於等於20%，而能符合一般紗線或纖維產品通常要求其斷裂伸長率規格為10~30%的需求。
更佳地，用於製造該抗靜電加工絲103的該抗靜電複合纖維原絲1，是採用如圖2e所示的型式，即該導電區11與補強區12相配合形成分割型的配置型式，且該導電區11 是由多個自中心向外擴大延伸的扇形區塊部112所界定形成。此種配置型式可增加導電區11與外界的接觸比例，而能有效地降低表面電阻，此外，其補強區12的分布位置較平均，使該纖維原絲1整體的結構較均勻，有助於形成穩定的結構強度及減少斷裂的機率。
<具體例一>導電性複合高分子基材的含量比例與抗靜電複合纖維原絲的物性關係
將含有15±0.5wt%導電性碳黑與聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，簡稱PBT)的導電性複合高分子基材，與聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，簡稱為PET)的纖維高分子基材，於同一時間擠壓至同一紡絲孔進行複合紡絲，以製出具有如圖2e的斷面型式的抗靜電複合纖維原絲。其中，藉由改變該導電性複合高分子基材在該抗靜電複合纖維原絲中的體積比例而分別製得如表-1所示的A1~A8抗靜電複合纖維原絲樣品，並依TA Q2000之測試標準量測前述8種樣品的玻璃轉移溫度(Tg)、依ASTM D2256-2002之測試標準量測斷裂強度(ultimate strength)與斷裂伸長率(elongation at break)，及依AATCC 76-2005之測試標準量測表面電阻(surface resistivity)，量測結果如表-1。
其中，在量測斷裂強度與斷裂伸長率之前，會先對該複合纖維原絲樣品施加一用於使該原絲樣品拉直而不伸長的初荷重，接著，再依上述標準方法所述的方式進行斷裂強度與斷裂伸長率的量測。找出初荷重的具體方式請參照 ASTM D2256-2002測試標準，主要是先作一受測原絲樣品的載重-伸長量曲線關係圖，再自該曲線最後一段形成直線狀線段前的轉折點作一切線，使該切線與伸長量的坐標軸相交，再自該相交點作一鉛直線與該受測加工絲的載重-伸長量曲線相交，該相交處將對應縱坐標的一載重值，所對應的載重值就是對該受測加工絲施加的初荷重。該初荷重主要目的在使受測樣品能夠在不被拉伸的條件下，維持剛好呈拉直的狀態。
該複合纖維原絲樣品的斷裂伸長率則是由下列方式得到：量測受測原絲樣品被施加初荷重呈拉直而不伸長時的長度為L10 ，再以ASTM D2256-2002所述方式對受測的原絲樣品進行拉伸，並測得其拉伸至斷裂時的長度為L11 ，則該加工絲的斷裂伸長率為(L11 -L10 )/L10 ×100%。
上述結果顯示當抗靜電複合纖維原絲中導電性複合高 分子基材所佔的比例逐漸減少時，該複合纖維原絲樣品的玻璃轉移溫度(Tg)也有逐漸下降的趨勢，表示當以該複合纖維原絲製成該抗靜電加工絲時，在步驟201中以較低的溫度就能達到使該複合纖維原絲受熱軟化的效果，即可以藉由限制該導電性複合高分子基材的比例降低該第一加熱單元41的設定溫度，而能節省能源。
此外，隨著該導電性複合高分子基材所佔的比例下降，由於該纖維高分子基材所佔比例相對增加，該複合纖維原絲樣品的斷裂強度以及斷裂伸長率均呈現增加的趨勢，表示該導電性複合高分子基材所佔比例較低時，該複合纖維原絲在假撚加工過程中，將有較佳的斷裂強度以及斷裂伸長率，並能承受加工過程中的拉伸作用，而能有效避免該複合纖維原絲在加工中斷裂。
然而，隨著該導電性複合高分子基材所佔的比例減少，將導致該複合纖維原絲的表面電阻值逐漸增加，表面電阻值增加表示材料的導電性變差，也就是該複合纖維原絲樣品容易在使用過程中因摩擦而蓄積靜電。
由於一般抗靜電纖維的抗靜電規格為表面電阻不得高於109 Ω/sq，而抗靜電複合纖維原絲經假撚加工處理後由於被延伸，將使該加工絲的表面電阻增加，實際測試結果顯示本發明製造方法所製得的加工絲的表面電阻，平均而言將增加至原絲的約1000倍，因此，配合表-1的結果，為了使假撚加工後的加工絲仍然具有抗靜電效果，較佳是將該導電性複合高分子基材所佔比例的下限定為20 vol%。當該 導電性複合高分子基材所佔比例為60 vol%(樣品A2)與70 vol%(樣品A1)時的表面電阻值皆為102 Ω/sq，但在兼顧強度與節省能源的考量下，較佳是將該導電性複合高分子基材所佔比例的上限定為60 vol%。另外，由於抗靜電纖維原絲在加工且經過延伸後，其強度會提升，為了使製得的加工絲的斷裂強度大於等於3 g/d，在此對該抗靜電複合纖維原絲的斷裂強度要求是大於等於2.5 g/d。因此，藉由將該抗靜電複合纖維原絲中的導電性複合高分子基材的比例限制在20~60 vol%，將使該抗靜電複合纖維原絲兼具較佳的加工性以及加工後仍保有有效的抗靜電效果。
<具體例二>不同導電性碳黑含量的抗靜電複合纖維原絲的特性
將含有導電性碳黑與聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，簡稱PBT)的導電性複合高分子基材，與聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，簡稱為PET)材料的纖維高分子基材以複合紡絲的方式，製出如圖2e所示的斷面型式的抗靜電複合纖維原絲。其中，該導電性複合高分子基材在該複合纖維原絲的比例為30±0.5vol%，藉由改變該導電性複合高分子基材中的導電性碳黑含量而分別製得如表-2所示的B1~B7抗靜電複合纖維原絲樣品，並依<具體例一>所述的方法量測前述7種樣品的力學特性與表面電阻特性，結果如表-2。
表-2結果顯示，隨著導電性碳黑含量的增加確實減少了抗靜電複合纖維原絲樣品的表面電阻，也就是增加了導電性，故可藉由增加該導電性複合高分子基材中的導電性碳黑添加量來提升該抗靜電複合纖維原絲的抗靜電效果。但是，隨著碳黑的增加，該複合纖維原絲的斷裂強度以及斷裂伸長率都呈大幅度的下降，若要避免該抗靜電複合纖維原絲在假撚加工製程容易斷裂的情形，並使所製出的抗靜電加工絲的強度符合規格，該抗靜電複合纖維原絲的斷裂強度至少要2.5 g/d以上，表-2顯然只有樣品B1~B6符合需求，但由於B1的表面電阻較高，經加工後的表面電阻值容易超出109 Ω/sq，而不符合纖維產品的抗靜電規格，因此，為了使該複合纖維原絲不易在假撚加工製程斷裂，且使其所製得的加工絲仍具有抗靜電效果，較佳是將該導電性複合高分子基材中的導電性碳黑含量限制在10~30wt%。
<具體例三>不同導電性碳黑含量與不同導電性複合高分子基材比例所製出的抗靜電複合纖維原絲的特性
分別製造導電性複合高分子基材的比例為20 vol%與60 vol%，且該導電性複合高分子基材中的導電性碳黑含量分別為10 wt%與30 wt%的複合纖維原絲樣品S1~S4，並分別依<具體例一>所述的方法量測樣品S1~S4的表面電阻、斷裂強度與斷裂伸長率，結果如表-3。
表-3的結果說明，當將導電性複合高分子基材的比例控制在20 vol%至60 vol%，且使該導電性複合高分子基材中的導電性碳黑的含量調整在10-30wt%時，所製出的抗靜電複合纖維原絲的表面電阻值範圍102 ~105 Ω/sq，即使加工後，仍可使所製出的抗靜電加工絲的表面電阻值維持在109 Ω/sq以內，而能符合纖維產品對抗靜電效果的規格要求，而樣品S1~S4的斷裂強度都大於2.5 g/d的結果，則說明依據上述導電性碳黑含量範圍與導電性複合高分子基材比例範圍所製出的纖維原絲具有能承受後續加工製程作用的強度，因此本發明的複合纖維原絲兼具有不易斷裂的加工強度與有效的導電性，而有再加工的應用潛力與實用價值。
<具體例四>不同加工參數所製得的抗靜電加工絲的特性
配合上述步驟201~步驟205所述的方式，分別以表-4中實施例1~6，及表-5中的比較例1~5所設定的加工參數條件，將一抗靜電複合纖維原絲製成一抗靜電加工絲，並分別量測所製得的抗靜電加工絲的強度、斷裂伸長率、表面電阻與捲曲率。在下列實施例1~6與比較例1~5中所用的抗靜電複合纖維原絲的導電性複合高分子基材包含15±0.5wt%的導電性碳黑，搭配導電性碳黑的高分子材料則為聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，簡稱為PBT)，該導電性複合高分子基材在該複合纖維原絲中所佔的比例則為該複合纖維原絲總體積的30±0.5%，且該複合纖維原絲的斷面是採用如圖2e所示的型式。雖然本具體例的抗靜電複合纖維原絲的導電性複合高分子材料是使用PBT，但其材質不以此為限，例如，也可以選用PET、PTT、PE、PP、PVC、PVDC或PAN。
其中，表-4與表-5的斷裂強度是採用ASTM D2256-2002測試標準所述的方法進行量測。
斷裂伸長率也是採用ASTM D2256-2002測試標準所述的方法進行量測。其中，在量測強度與斷裂伸長率之前，也會先依ASTM D2256-2002測試標準所述方法，先找出用於使該加工絲呈拉直而不伸長的初荷重。該加工絲的斷裂伸長率則是由下列方式得到：依ASTM D2256-2002所述方式對受測的加工絲進行拉伸，測其拉伸至斷裂時的長度為L21 ，量測受測加工絲被施加初荷重呈拉直而不伸長時的長度為L20 ，則該加工絲的斷裂伸長率為(L21 -L20 )/L20 ×100%。
表面電阻是採用AATCC 76-2005測試標準所述的方式量測。
捲曲率(crimp contraction，%)是依DIN53840的測試標準進行量測，主要測試方式是對受測樣品施加重負荷(在此所施加的重負荷為2 cN/tex)，10秒後量測其長度為Lg，再改用輕負荷(在此所施加的輕負荷為0.01 cN/tex)讓受測樣品緩和10分鐘後量測其長度為Lz，再將量測的長度代入公式：(Lg-Lz)/Lg×100%，就可算出受測加工絲的捲曲率。
表-4的結果顯示當該抗靜電複合纖維經實施例1~6的假撚加工製程製成的抗靜電加工絲其斷裂強度值皆大於3g/d，且其斷裂伸長率值都在20%以上，符合現有假撚加工絲的強度與斷裂伸長率規格，據此說明本發明使用含有導電性碳黑的抗靜電複合纖維原絲搭配假撚加工製程確實能製出符合需求的假撚加工絲，而能將呈平直狀的複合纖維原絲製成如圖5所示之捲曲狀、具有彈性與蓬鬆感且仍保有抗靜電效果的加工絲。其中，該捲曲率越高顯示所製得的加工絲的捲曲程度與蓬鬆度越明顯，斷裂伸長率越高則表示所製出的絲或該加工絲具有較高的韌性(彈性)，且較不易在加工過程中受延伸而斷裂。
表-5顯示在加撚加工製程中，當所設定的各加工參數超出特定範圍時，易導致加工絲出現蓬鬆性較低、手感較硬、斷裂伸長率較低與毛絲過多等品質不良現象。
其中，比較例1是當第一加熱單元的加熱溫度只有150℃時的情形，由於含有導電性碳黑的導電性複合高分子基材的玻璃轉移溫度會比一般只有聚酯材料的高分子基材的玻璃轉移溫度高，因此，採用較低溫進行假撚加工時，會造成抗靜電複合纖維原絲軟化程度不足，而無法有效產生假撚加工絲的蓬鬆捲曲性效果，如圖6所示，為比較例1所製出的加工絲的外觀情形，顯然該加工絲有捲曲性不足的問題。雖然比較例1的加工絲的斷裂伸長率高達34%，但由於過大的斷裂伸長率在後續的織造過程中會有容易變形的問題，也會造成加工困難，故斷裂伸長率亦不宜過大。
比較例2則是當該第一加熱單元的加熱溫度為230℃的情形，由於溫度過高，甚至超出該導電性複合高分子基材 中的聚酯材料的熔點(約為220.87℃)，反而容易在纖維間產生黏合、併絲的情形，並使所製出的加工絲的蓬鬆性下降，成品手感生硬。對照表-4及表-5的比較例1與比較例2，顯示該第一加熱單元的溫度低於下限或高於上限都會影響到加工絲的捲曲性、蓬鬆性與手感，因此，較佳是將該第一加熱單元的溫度範圍設定為160-220℃。
比較例3是使第一羅拉與第二羅拉分別以340 m/min與510 m/min的高速引導原絲前進，雖然其對該複合纖維原絲的延伸倍率仍控制在1.5，由於第一羅拉速度過快，使該抗靜電複合纖維原絲在該第一加熱單元中停留並受熱的時間過短，容易因受熱不足而導致該抗靜電複合纖維原絲的軟化程度不足，仍然有無法有效產生假撚加工絲的蓬鬆捲曲性效果的缺點。若第一羅拉的速度低於下限，則會使該複合纖維原絲在該第一加熱單元中停留時間過長，受熱過久易造成原絲熔化而無法連續，且速度過低還有產出效率不佳的問題。對照表-4各實施例與表-5的比較例3，顯示較佳是將該第一羅拉的速度設定在230-330 m/min，及將第二羅拉的速度設定在400-500 m/min。
比較例4是以超出所設定的延伸倍率的上限進行假撚加工情形，結果顯示當延伸倍率高達1.9時，除了容易造成抗靜電複合纖維原絲在加工過程中斷裂外，且會導致加工後的加工絲斷裂伸長率低，且加工絲表面容易產生較多的毛絲，毛絲過多將影響外觀品質且無法在後續的織造製程使用。對照表-4各實施例與表-5的比較例4的結果可看 出，加工絲的強度會隨著延伸倍率的增加而提高，但其斷裂伸長率與丹尼數則會隨之遞減，因此延伸倍率過高會使斷裂伸長率不足，延伸倍率過低則會影響強度，兩者都可能使所製出的加工絲在後續的織造製程中容易斷裂而造成加工困難，因此，較佳是將延伸倍率設定在1.5-1.75。
比較例5是該第一加熱單元仍以所設定溫度範圍內的溫度對原絲進行加熱軟化，第二加熱單元則以超出設定範圍上限的溫度進行熱定型，結果顯示當第二加熱單元的加熱溫度設定為230℃時，會造成經加撚與解撚處理的變形加工絲的縮率降低，加工絲原有的捲曲率也會隨著溫度增加而降低，故該加工絲的捲曲率相較於表-4的各實施例仍然相對較低，且還是有斷裂伸長率不足的問題。但是，當該第二加熱單元的溫度過低時，則會使解撚後的變形加工絲無法維持加工後的型態，且在後續的應用中容易因受熱作用(例如，染整製程)而產生回復變形，比較表-4各實施例與表-5的比較例5、比較例1與比較例2，顯示該第二加熱單元的溫度低於下限或高於上限也可能影響到加工絲的蓬鬆性與斷裂伸長率，因此，較佳是將該第二加熱單元的溫度範圍設定為150-210℃。
<具體例五>抗靜電複合纖維原絲製成抗靜電加工絲後的表面電阻變化情形
分別製備具有不同表面電阻的抗靜電複合纖維原絲樣品C1~C5，前述原絲樣品並以表-4中的實施例5的加工參數進行假撚加工處理製成抗靜電加工絲後，再分別量測該 加工絲的表面電阻，結果如表-6所示。
樣品C1~C5的斷面型式都是採用如圖2e所示的型式，且樣品C1~C5的導電性複合高分子基材所用的高分子材料皆為PBT，其纖維高分子基材中的高分子材料則都是PET。另外，前述樣品的導電性複合高分子基材中的導電性碳黑含量，以及該導電性複合高分子基材在該抗靜電複合纖維原絲中所佔的比例分別如表-6所示。
由於將抗靜電複合纖維原絲製成捲曲狀的抗靜電加工絲的過程中有將原絲延伸的步驟，因此，導致所製出的加工絲相較於原絲會有表面電阻降低的現象，表-6的結果顯示，當導電性碳黑的添加量只有9 wt%的原絲樣品C5，經假撚加工處理後，所獲得的加工絲的表面電阻已超過109 Ω/sq，而不具有抗靜電效果，因此，該複合纖維原絲中的導電性複合高分子基材的導電性碳黑含量不宜低於10wt%，且在兼顧纖維強度的條件下，該導電性碳黑的含量也不宜過高，較佳是將導電性碳黑含量設定為10-30 wt%。
如圖7與圖8所示，分別為本發明的抗靜電加工絲所織造出的一織物產品的表面與側視圖，圖9與圖10則是使 用現有一般抗靜電纖維織造出的一織物產品的表面與側視圖，比較圖7、圖8、圖9與圖10，顯示本發明抗靜電加工絲織造的織物產品確實可產生較具蓬鬆感的外觀，且實際觸摸結果也顯示圖7與圖8之織物產品的觸感較柔軟。
歸納上述，本發明的抗靜電複合纖維原絲、由其製得的抗靜電加工絲及所用的製造方法，可獲致下述的功效及優點，故能達到本發明的目的：
一、該抗靜電複合纖維原絲除了具有長期有效的導電性而有抗靜電效果外，還能藉由該纖維高分子基材提供補強與支撐效果，而具有能承受假撚加工製程的結構強度，使該抗靜電複合纖維適合進一步加工製成具有彈性、捲曲狀外觀、蓬鬆感與柔軟觸感等特性的加工絲，而有助於增加抗靜電纖維產品的應用範圍。
二、本發明的製造方法確實能將原本呈平直狀的抗靜電複合纖維原絲製成具有較佳的斷裂伸長率與捲曲率的加工絲產品，且能表現出彈性、蓬鬆感、捲曲狀外觀與柔軟觸感等特性並仍保有抗靜電效果，故該製造方法具有可改變抗靜電纖維的外觀與觸感，進而能提升其實用價值的特性。
三、該抗靜電加工絲除了能表現出彈性、蓬鬆感、捲曲狀外觀與柔軟觸感等特性外，還保有符合規格要求的強度與永久性的抗靜電效果，因此具有能承受後續的織造製程的實用性，並能開發為多樣化且具抗靜電性機能的織物或服飾產品，相較於現有抗靜電纖維，有更廣泛的用途與 更高的實用價值。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧複合纖維原絲
10‧‧‧斷面
100‧‧‧中心
11‧‧‧導電區
111‧‧‧區塊部
112‧‧‧區塊部
12‧‧‧補強區
121‧‧‧區塊部
31‧‧‧第一羅拉
32‧‧‧第二羅拉
33‧‧‧輸出羅拉
41‧‧‧第一加熱單元
42‧‧‧第二加熱單元
5‧‧‧假撚錠組
6‧‧‧捲收單元
101‧‧‧第一變形絲
102‧‧‧第二變形絲
103‧‧‧抗靜電加工絲
圖1為一立體示意圖，說明本發明抗靜電複合纖維原絲的一較佳實施例；圖2a~圖2i為一剖面示意圖，分別說明本發明抗靜電複合纖維原絲的較佳實施例的斷面分別呈不同配置型式的情形；圖3為說明本發明抗靜電加工絲的製造方法一較佳實施例的一流程圖；圖4為一製造流程示意圖，說明本發明將該抗靜電複合纖維原絲製成一抗靜電加工絲的加工情形；圖5為一外觀示意圖，說明經本發明製造方法所製出的抗靜電加工絲具有不規則捲曲狀外觀的情形；圖6為一外觀示意圖，說明當一第一加熱單元的加熱溫度較低時導致所製出的一抗靜電加工絲捲曲性不足的情形；圖7為一俯視圖，說明以本發明的抗靜電加工絲織造的一織物產品的表面；圖8為一側視圖，說明圖7之織物產品具有較明顯的蓬鬆感； 圖9為一俯視圖，說明以現有一般抗靜電纖維織造的一織物產品的表面；及圖10為一側視圖，說明圖9之織物產品呈扁平且不具蓬鬆感的外觀。
1‧‧‧複合纖維原絲
10‧‧‧斷面
11‧‧‧導電區
12‧‧‧補強區

Claims (12)

  1. 一種抗靜電加工絲的製造方法，包含：(a)將一抗靜電複合纖維原絲以一第一速度引導到一第一加熱單元中，以使該抗靜電複合纖維原絲被軟化，其中，該抗靜電複合纖維原絲是由一種包含10-30wt%的導電性碳黑的導電性複合高分子基材，以及一種纖維高分子基材經複合紡絲所製成，該導電性複合高分子基材在該抗靜電複合纖維原絲中所占的比例為該複合纖維原絲總體積的20%-60%，該第一加熱單元的溫度設定為160-220℃，且該第一速度為230-330m/min；(b)使經軟化的該抗靜電複合纖維原絲被延伸，並對已延伸的該抗靜電複合纖維原絲進行一加撚作用，以使該抗靜電複合纖維原絲產生變形而形成一第一變形絲；(c)解除對該第一變形絲的加撚作用，以使該第一變形絲產生解撚並形成一第二變形絲；及(d)將該第二變形絲以一第二速度引導到一第二加熱單元中進行熱定型，並獲得一呈捲曲狀且捲曲率介於35~40%的抗靜電加工絲，其中，該第二加熱單元的溫度設定為150-210℃，且該第二速度為400-500m/min。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的抗靜電加工絲的製造方法，其中，在步驟(b)中，是藉由步驟(d)中的第二速度與步驟(a)的第一速度調整該抗靜電複合纖維原絲的延伸程度，且是將該抗靜電複合纖維原絲的延伸倍率控制在1.5-1.75。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述的抗靜電加工絲的製造方法，其中，在步驟(b)中，是藉由步驟(d)中引導該第二變形絲到該第二加熱單元的速度，與步驟(a)中引導該抗靜電複合纖維原絲到該第一加熱單元的速度調整該抗靜電複合纖維原絲的延伸程度，且是將該抗靜電複合纖維原絲的延伸倍率控制在1.5-1.75。
  4. 依據申請專利範圍第1項所述的抗靜電加工絲的製造方法，其中，該抗靜電複合纖維原絲的導電性複合高分子基材還包括聚酯的高分子材料，且步驟(a)中的第一加熱單元以及步驟(d)中的第二加熱單元的溫度，都是設定在高於該聚酯材料的玻璃轉移溫度並低於該聚酯材料的熔點溫度的範圍內。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述的抗靜電加工絲的製造方法，還包含一在步驟(d)之後的步驟(e)，步驟(e)是以一第三速度將該抗靜電加工絲引導到一捲收單元進行捲繞收取，且該第三速度為325-420m/min。
  6. 一種抗靜電加工絲，是由一抗靜電複合纖維原絲經申請專利範圍第1項所述的製造方法而製得，其中，該抗靜電加工絲的捲曲率介於35~40%，並呈現不規則捲曲狀與蓬鬆感，該抗靜電複合纖維原絲則是由一含有10-30wt%導電性碳黑的導電性複合高分子基材，以及一纖維高分子基材經複合紡絲所製成，且該導電性複合高分子基材在該抗靜電複合纖維原絲中所占的比例為該複合纖維原絲總體積的20%-60%。
  7. 依據申請專利範圍第6項所述的抗靜電加工絲，其中，該導電性複合高分子基材包含10-30wt%的導電性碳黑，以及一選自下列群組中的高分子材料：聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二氯乙烯及聚丙烯腈。
  8. 依據申請專利範圍第6或7項所述的抗靜電加工絲，其中，該抗靜電複合纖維原絲的一斷面並包括至少一由該導電性複合高分子基材界定形成的導電區，及至少一由該纖維高分子基材界定形成的補強區，該導電區與補強區相配合形成一選自下列群組中的配置型式：該導電區包圍該補強區的芯鞘型、該導電區或該補強區自該斷面的一中心放射狀向外延伸的分割型、該導電區與該補強區呈並列結合的並列型，及該導電區與該補強區的其中一者形成多個獨立的區塊部，並間隔分散在該導電區與該補強區的其中另一者界定出的範圍內的海島型。
  9. 依據申請專利範圍第8項所述的抗靜電加工絲，其中，該抗靜電複合纖維原絲的該導電區與補強區相配合形成分割型的配置型式，且該導電區是由多個自中心向外擴大延伸的扇形區塊部所界定形成。
  10. 依據申請專利範圍第6或7項所述的抗靜電加工絲，其中，該抗靜電加工絲的表面電阻為105 -108 Ω/sq。
  11. 依據申請專利範圍第6或7項所述的抗靜電加工絲，其中，該抗靜電加工絲的斷裂強度大於等於3.0g/d。
  12. 依據申請專利範圍第6或7項所述的抗靜電加工絲，其 中，該抗靜電加工絲的斷裂伸長率大於等於20%。
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