TWI744305B

TWI744305B - 淡色／低電阻抗靜電纖維及併有該纖維的織物

Info

Publication number: TWI744305B
Application number: TW106111539A
Authority: TW
Inventors: 克雷格Ｔ勞瑞; 哈雷Ｐ修茲; 奇翰優祖皮納
Original assignee: 美商阿散德性能材料營運公司
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2021-11-01
Also published as: WO2017176604A1; TW201807274A

Abstract

本發明係關於藉由複合(conjugate)/熔融擠製紡絲製程而製造的雙組份抗靜電纖維，其中，纖維包括TiO₂及尼龍以及作為纖維的導電組份之碳黑。在TiO₂負載在20-30重量%的範圍時，TiO₂會掩飾一般是黑色的表面碳條紋，以及，所製成的淡色紗的導電率可以與較深色紗相比。所製成的紗適用於淡色服裝，特別是淡色布料中對某些表面電阻大小有所要求的情形。

Description

淡色/低電阻抗靜電纖維及併有該纖維的織物

【優先權聲明】

本申請案主張於2016年4月6日提出申請之美國臨時申請案序號62/319,122之優先權，該美國申請案之揭露內容以引用方式全文併入本文。

本發明係關於藉由複合(conjugant)/熔融擠製紡絲製程而製造的雙組份抗靜電纖維，其中，導電組份由纖維表面上的碳黑條構成。纖維適用於各種應用，特別是在淡色織物中對某些表面電阻程度有所要求的情形。

在使用合成纖維的織物應用中，摩擦會產生靜電。靜電效應在織物中造成纖維黏著、灰塵附著至織物、以及當人走過不受保護的地毯所造成令人討厭之觸電情況。也會因靜電放電而造成更嚴重的結果及傷害設備及/或個人。舉例而言，靜電放電會傷害電腦及其它電子設備。在某些情形中，例如在可燃氣氛中，靜電放電會造成火災或是爆炸。靜電累積及放電也會影響例如針織及編織等纖維轉換方法的效率和生產力。

在織物中使用抗靜電纖維已展現成功解決靜電造成的多種問題。典型上，碳黑係用作混配於例如尼龍等聚合物內的抗靜電劑以使電荷消失。愈來愈多的纖物生產者實現抗靜電纖維、或是具有電消除特性的纖維的潛在利益，同時所欲的材料通常會包含碳黑。碳黑的替代物可為金屬氧化物(例如氧化錫)或是使用金屬線編織或針織成織物。

碳黑的使用會在顏色及能否將所得織物染成淡色方面造成問題。

在很多情形中，TiO₂與非導電組份相混配以遮蓋或是掩飾碳組份。有多種TiO₂類型可用於纖維生產。所使用的類型會影響美觀性質。舉例而言，用於纖維應用的聚合物化合物中的銳鈦礦或金紅石TiO₂類型會影響纖維顏色更藍或是更白。TiO₂的類型及數量會影響纖維染色力；因此，染色方法會因而不同。典型上，纖維具有被視為「明亮」光澤之0%的TiO₂、及被視為「晦暗」光澤之0.32%的TiO₂。在碳式抗靜電纖維中，非導電聚合物組份包含高達30%的TiO₂。

以前的開發努力著重於符合表面測試要求或是設計成用於不要求表面電阻測試的淡色織物。在以往的開發努力中，符合這二個分別的偏好是互斥的。因此，在此之前未見到符合表面電阻要求的淡色織物。

傳統上，被開發用於較淡色的織物之大部份的抗靜電纖維具有位於纖維芯中的導電組份。在很多這些情形中，導電芯也由例如TiO₂及氧化錫化合物等非碳材料製成。這些實施的目的是要掩蓋或掩飾碳組份，而使纖維顏色更淡。由於導電芯材料會由聚合物鞘絕緣，所以，這些產品在要求表面電阻測量的情形中表現不佳。這些聚合物鞘阻礙測試計探針適當接觸導電材料。雖然它們無法符合表面電阻要求，但是這些類型的產品可以有效地消除靜電荷。對於芯導體產品更適合的測試方法包括靜電消退方法EN 1149-3(Static Decay Methods EN 1149-3)及Fed Std 191方法5931(Fed Std 191 Method 5931)。

開發用於表面電阻要求的產品傳統上是深色或是接近黑色。這些類型的產品通常符合例如AATCC方法76(AATCC Method 76)等測試方法的要求，但是，由於它們的深色，這些類型的產品典型上因某些美學偏好而未用於淡色織物中。

此技藝充滿關於塗覆電阻組份的纖維、芯/鞘類型纖維以改良纖維的電阻率、以及配合聚合及天然纖維而使用碳黑以改良電阻率之專利、應用、及參考文獻。代表性的實例見於下述美國專利：5,744,090；5,820,805；6,083,562；7,767,298及7,824,769。在某些情形中，如同美國專利3,969,559及4,248,934中所見般，TiO₂與碳黑一起作為消光劑。這些參考文獻未揭示關於使淡色纖維或是所得織物符合表面電阻要求的問題的解決之道。

一直存在對衣服織物的需求為：電阻低及永久維持淡色的能力。本發明的主旨是「雙目標」產品，符合表面電阻要求及客戶對淡色織物的期望。

例如奧生德功能材料(Ascend Performance Materials)銷售的現有的No-Shock®產品是雙組份纖維，在相同的纖維/絲內具有二組份。在某些情形中，在特定產品內所有的No-Shock®纖維/絲是相同的，因此，各纖維/絲含有相同的材料且具有相同的雙組份配置/剖面。雖然成份類似，但是，它們的使用比例會根據應用的功能需要而稍微不同，且原料會被擠製成No-Shock®纖維/絲最終使用所指定的多種剖面。任何No-Shock®表面剝離絲本質上是黑色的，因而用途受限。雖然此技藝中已知很多雙組份纖維產品，但是，此處揭示的是新穎的產品，該新穎的產品包括熔紡的雙組份產品，分別具有高負載的碳黑及TiO₂，但仍維持淡色外觀及被產業接受的抗電纖維產品標準。

本發明的產品呈現令人驚訝的白度及抗靜電特性的組合。基於非導電的成纖組份具有高負載之絕緣材料TiO₂，此結果是特別令人驚訝的。如同後述實例中所見般，儘管有高消光劑含量，本發明的抗靜電雙組份纖維仍然提供低表面電阻值、以及很短的靜電衰減時間及去黏附時間。

在一方面，本發明提供一種淡色抗靜電雙組份纖維，其包括：導電組份及非導電成纖組份，其中：(a)導電組份包括基質聚合物及碳黑；以及(b)非導電成纖組份包括TiO₂消光的成纖聚合物，TiO₂以基於非導電成纖組份的重量之至少2重量%的量存在，該非導電成纖組份界定抗靜電雙組份纖維的拉長纖維結構，抗靜電雙組份纖維又特徵在於：導電組份配置在延著纖維長度延伸的至少3條個別的導電表面條中，該些條在抗靜電雙組份纖維的外周圍上彼此分開且由非導電成纖組份隔開，該些表面條會作用以提供抗靜電特性給該抗靜電雙組份纖維。

本申請案因而特別關於包括二組份的雙組份纖維，其中，一組份含有導電組份，而第二組份含有非導電組份。在各式各樣的實施例中，抗靜電產品特徵在於： a.導電組份包括具有至少3條碳黑表面條的聚合物，具有大於2重量%的碳黑；較佳地在2-30重量%的範圍內，更佳地約15-25重量%，特佳係25重量%碳黑含量；b.非導電組份包括TiO2含量大於2重量%之TiO2消光的聚合物；較佳地在2-30重量%的範圍內，更佳地約15-25重量%，特佳地為25重量% TiO2含量；產品具有下述特性：使用Keithly 6517靜電計進行測試方法A(Test Method A)測得之電阻小於1x10¹⁰歐姆/cm；對取自紗及紗束的人造單纖維進行用於拉力特性之ASTM D 2101-72標準測試方法，測得之伸度小於85%；以及具有L*目標彩色值大於50，及在約50-60L*的範圍內，較佳55的彩色值。

本發明之導電及非導電纖維的淡色聚合物由一或多種聚酯、聚醯胺、聚烯烴、聚丙烯酸(polyacrylic)組成，較佳係為尼龍-6及尼龍-66。在一實施態樣中，一組份含有摻雜約2-30重量%的TiO₂之70-98重量%的尼龍-66，而構成產品的剩餘百分比的另一組份係包括約2-30重量%的尼龍-6/碳墨組成物。產品中之尼龍-6/碳黑表面條可提供之丹尼(denier)範圍(根據測試方法ASTM D 1577)係大於15，較佳地在約15-100的範圍，更佳地在約15-20的範圍，最佳係具有約20丹尼的產品。根據使用Keithly 6517靜電計的測試方法A，產品(纖維)具有較佳的電阻，在約5x10⁶歐姆/cm至小於約5x10⁹歐姆/cm的範圍。一般而言，纖維具有約10⁶歐姆/cm至小於約10¹⁰歐姆/cm的電阻，典型上在約10⁶歐姆/cm至約10⁷歐姆/cm的範圍。產品具有約3或更多條的碳黑表面條的導電組份配置，典型上3至5條，且較佳地以複合/熔融擠製紡絲製程製備。

本發明的纖維產品基本上在材料上係不專斷的，意指此處可以使用多種類型的聚合物，其可為單獨的、或擠製的、混合的、或捻合在一起的，但仍維持顏色-電阻特性。已發現可獲致所揭示的特性之碳負載及TiO₂含量之範圍。所製得纖維產品可提供各種丹尼值，以符合所需應用，如此處所述般，通常可用於織物。雖然目標應用是消費者衣著，特別是貼身衣物，但是，也可期望構成客製化纖維產品以符合產業應用之需(例如用於無塵室或超級無塵室之防塵)。

本發明的纖維可併入於各式各樣的織品中，包含多絲紗、布料、等等。

10‧‧‧纖維

12‧‧‧導電組份

14‧‧‧非導電成纖組份

16‧‧‧加長纖維結構

18‧‧‧導電條

20‧‧‧導電條

22‧‧‧導電條

24‧‧‧外周圍

30‧‧‧外表面

32‧‧‧外表面

34‧‧‧外表面

36‧‧‧內部份

38‧‧‧內部份

40‧‧‧內部份

L‧‧‧長度

在後附的申請專利範圍，特別地揭示本發明的新穎特徵。於此，配合顯示但非限定申請專利範圍之範圍的圖式，說明本發明的實施態樣，在圖式中，相同的代號代表相同的元件，其中：圖1是具有3條碳黑表面條的本發明之抗靜電雙組份纖維的透視圖；圖2是具有圖1所示碳黑表面條的抗靜電雙組份纖維的剖面視圖；圖3是具有碳黑表面條之本發明的抗靜電雙組份纖維剖面的顯微照片；以及圖4是照片，圖的右側顯示標準的纖維線軸(顏色較深)，左側顯示本發明的纖維線軸(顏色較淡)。

習於此技藝者將瞭解，圖中的元件是簡明顯示並未依比例繪製。舉例而言，圖中的某些元件的尺寸相對於其它元件是放大的，以助於瞭解本發明。

有些此處說明的額外元件可未顯示於圖式中。假使有說明此元件，但其並未顯示於圖式中，未出現於圖式中不應被視為此設計從說明書中省略。與適用於貼身衣物的要求相關地說明本發明，但是，習於此技藝者將瞭解纖維產品可以被修改以符合使用者的需求。因此，不受限制下，工業服裝、安全服裝、及童裝等等一些實例是適合使用本發明纖維的實例。此處呈現的唯一限定是如此處所述般纖維及製成的服裝是抗表面電荷的。

在說明書及申請專利範圍，除非內文另外清楚標示，否則使用單數形式的「一(a、an)」及「該(the)」係包含多數含意。舉例而言，除非內文另外清楚標示，否則，「一物件(an article)」可以包含多數物件。

「抗靜電雙組份纖維」意指具有界定至少一導電組份及至少一相對非導電組份之2或更多種不同的組份。

如同此處所使用般，「導電組份」一詞係意指電阻率低於「非導電成纖組份」的組份。「導電」及類似術語係意指抗靜電組成物及導電更佳之組成物，例如具有體積電阻率稍微小於約10¹²歐姆/cm之靜電放電(ESD)組成物。抗靜電組成物通常具有的體積電阻率是在約10⁸歐姆/cm至稍微小於約10¹²歐姆/cm，而ESD組成物具有的體積電阻率是在10²歐姆/cm至10⁸歐姆/cm。非導電組份通常具有的體積電阻率是大於10¹⁰或10¹²歐姆/cm，且無論如何，比導電組份還高。取決於碳黑的負載，導電組份通常具有的體積電阻率是在約10²歐姆/cm至10¹⁰歐姆/cm之範圍，而相關的非導電組份具有更高的體積電阻率。纖維的整體電阻率反應組份的電阻率。

「基本上由...組成」及類似專用語係意指載述的組份以及排除實質上會改變組成物、物件或製程的基本的及新穎的特徵之其它成分。除非另外指明或清楚可知，否則，當一組成物或物件包含載述的或列出的組份係90重量%或更多時，該組成物或物件基本上由載述的或列出的組份組成。亦即，此表示方式排除多於10%的未載述的組份。

「纖維」及類似術語係意指絲(連續的)纖維及短纖維。例如棉花及羊毛等大部份的天然纖維是短纖維。例如尼龍及聚酯等合成纖維被視為絲纖維。天然纖維絲綢也是絲纖維，但當絲纖維被切短時，它們也被視為短纖維。短纖維長度典型上小於7.5cm(3吋)。

導電及非導電纖維的聚合物可由一或多種尼龍-6、尼龍-66、聚酯、聚醯胺、聚烯烴、及/或聚丙烯酸組成。較佳聚合物是尼龍-6及尼龍-66。雙組份纖維產品具有的一組份包括約70-98重量%的摻雜約2-30重量%的TiO₂之尼龍-66構成的纖維，而另一組份係佔產品約2-30重量%，由尼龍-6/碳黑組成物所構成。所製得雙組份產品中之尼龍-6/碳黑的表面條對所製得雙組份產品造成的之丹尼範圍約15-100丹尼，對於單絲及雙絲產品較佳係約20-25丹尼。已發現儘管有高荷載的碳黑，仍為淡色，具有55的L*目標彩色值。此淡色纖維產品的纖維電阻率是在約5x10⁶歐姆/cm至小於約5x10⁹歐姆/cm的範圍。可依使用者需求而使用的布料測試法包含下述：靜電衰減方法-EN 1149-3、表面電阻AATCC方法76、靜電衰減方法-Fed Std 191方法5931；布料的靜電黏附性，布料對金屬測試AATCC方法115。本發明的纖維產品可達成約85%的最大伸度，以及，發現要具有至少3或更多碳黑條以取得較佳的電阻。

組成物的聚合物組份可由任何適當的熔紡或熱塑成纖聚合物及共聚物構成。「成纖」係意指線性、高分子量聚合物特性使其能夠形成具有有用強度及韌度的纖維。適當的聚合物包含聚烯烴，例如聚乙烯及聚丙烯；聚醯胺及共聚醯胺(尼龍)，例如聚六亞甲己二醯胺(尼龍-66)、聚合ε-己內醯胺(尼龍-6)、聚胺十一酸、雙-對胺基環己基甲烷及十一酸之聚合物；聚苯乙烯；聚酯，例如聚合羥基羧酸酯及對苯二甲酸或異苯二甲酸與低級烷二醇(例如乙二醇及四伸甲基二醇)所形成之聚酯；聚胺基甲酸酯；聚脲；聚碳酸酯；聚乙烯鹵化物；聚亞乙烯鹵化物(polyvinylidene halide)等等。為了絲中組份更好的黏著性，較佳的是二組份的聚合物都從相同的聚合物種類中選取。可以藉由併入消光劑、染料強化材料、抗染料材料、等等而修改聚合物。較佳的聚合物是聚酯、尼龍-6或尼龍-66，以尼龍-66含有不超過約30重量%消光劑TiO₂而產生淡色的紗。

在所述組份中之一者的聚合物中混配的碳黑必須為導電類型且應在至少部份地由雙組份絲形成的織物中維持其導電本質。「導電碳黑」意指所具有之比電阻率小於ASTM方法D991-68測得之200歐姆/cm之任何碳黑。小於1x10⁸歐姆/cm的電阻是較佳的。假使在形成的單絲上最終結果發現至少3條，碳黑可以習知的混合程序分散於形成雙組份絲的導電組份之聚合物中。由於碳黑的導電率會因修剪而實質降低，所以，避免過度修剪碳黑。應在最少降低碳黑導電特徵之條件下，將碳黑充份分散於聚合物中。

在所述組份中之一者的聚合物中混配的碳黑量應僅足以授予所需的低電阻給導電組份。須瞭解，此技藝中存在各種「導電」定義。此處，「導電」一詞係要意指能使適度的電流流通之材料。

雙組份絲較佳的是圓剖面，但是，多葉剖面對於某些終端用途是符合所需的。但是，重要的是導電組份的剖面面積僅包括絲的總剖面面積的小部分。組份的剖面面積可直接轉換成構成絲的個別組份的體積。導電組份的剖面面積應構成絲的剖面面積的約1至30%。較佳為3至12%。在1%之下，對於很多用途，靜電消散的效用會太低；以及，依此導電組份的低體積，會難以確保導電組份可被非導電聚合物組份完全包封。由於絲的大部份拉伸強度是衍生自非導電組份，所以，當導電組份的剖面面積超過30%時，組份的黏著性、以及絲的拉伸強度降低。No-Shock®型纖維及大部份的抗靜電競爭產品典型上具有低韌度值，且通常在約2.0-4.0g/d的範圍。

本發明的二組份之界面應是彎曲的。非導電組份的剖面通常具有使得非導電組份部份地包封導電組份之形狀。提供此剖面配置可確保兩種不類似的組份之間有較佳黏著並將絲表面上碳黑組份的顯而易見降低至僅有低可見度的條紋。非導電組份部份地包封至少50%的含碳黑組份。較佳地，平均的包封百分比應在約66-95之間。如下所示及說明般，「包封百分比」意指非導電組份佔據之條紋的擠壓周圍之百分比。

本發明並未朝向於鞘-芯類型的纖維或技術，因為這些類型的纖維具有被護套於非導電聚合物內的導電組份而使得導電部份不在表面。本發明是與表面導電組份及技術有關。

在決定本發明的抗靜電雙組份纖維及布料的特性時，可以使用下述測試方法。

測試方法

除非另外指明，否則任何產業標準測試方法是意指在2017 年4月1日為有效的且至少在50% RH及21℃下執行測試，允許平衡。除非另外說明，否則，各抽樣至少3樣品受測。

纖維電阻率係以測試方法A測量：使用Keithley Model 6517靜電計，測量纖維或紗電阻率。設備及程序如下所述：

設備

1.Keithley Model 6517靜電計

2.設有半自動夾持裝置的屏蔽測試罩

3.100佰萬歐姆電阻器

4.用於操作靜電計的視窗軟體

設立

1.電極間隔是7.5cm

2.將圓柱夾具上的氣壓設定至30psi，開啟排氣器

3.以視窗軟體設定配置

程序

1.將電阻計圖像(Resistance Meter Icon)按下二次以開啟應用。

2.在螢幕的左側將有「Calibrate」及「Enter New Merge」框。按下「New Merge Retrieve Results」框。你將可輸入新的合併或檢索資訊(對於已經執行的結果，你無法改變任何先前存在的資訊)。

3.打開門蓋，將100MΩ的電阻器置於夾具之間，以及，將開關翻轉以關閉夾具。注意：壓力計應設定於30psi。

4.當電阻器在適當處時，將門關閉並按下「Calibrate」。假使校正是在限值內，則會跳出「Calibration is in Limits」框。按下「Okay」及開始測試。假使校正超出限值，則按下「Okay」，以及檢查電阻器以確保其有良好接觸，然後重校正。

5.電阻器讀值應在(9.8 x 10⁹+/-0.2)之間。注意：當測試完成時，Calibration(校正)將印出結果表。

6.將門打開並移除電阻器及將門關閉。

7.打開蓋子，將纖維牽引經過預拉導件及進入吸氣器。確保絲或紗是在夾具上。假使已將樣品設置，則與紗結合為一體。

8.關閉蓋子。

9.將空氣轉扭拉升至桌子左側。剝離20至30秒。

10.在翻轉開關以關閉夾具之前將紗停止。可能需稍微扭轉。樣品應在夾具中心而不鬆散。

11.關閉排氣器。

12.在螢幕下方會有三個框「Cancel Testing」、「Read Resistance」、及「Recheck」。

13.按下「Read Resistance」。注意：各線軸貫常地僅運轉一次，某些線軸會要求額外的檢查。針對測試規格，檢查抽樣排程、SI、或RSA。結果將顯示於螢幕右方的白色欄位上。假使結果超出規格外，則系統會將結果以黑體字印出，突顯已超出規格。

14.一直重複直到測試過所有線軸。

15.按下超出規格的讀值前方之框，將線軸排氣，重新裝填相同的線軸，以及按下「Recheck」。

16.對要測試的各線軸，重複步驟7-15。

纖維拉伸特性-對取自紗及紗束的人造單纖維進行用於拉力特性之ASTM D 2101-72標準測試方法，被用於測量纖維拉伸特性。

表面電阻-使用AATCC方法76測量布料的表面電阻。各取樣至少3樣品會被平均；僅有最低值會被報告用於產品板測試。樣品在50% RH及21℃下條件化及進行測試。以歐姆/□(ohm per square)，報告布料的表面電阻。

靜電衰退法-使用Fed Std 191方法5931以測量靜電荷自布料表面之消失。此方法可用於表面導電或芯導電纖維。在施加及移開完全充電之後，布料必須在<0.5秒之內放電。測試方法EN 1149-3也用於測量靜電荷自布料表面之消失。此方法可以用於表面導電或芯導電纖維。在施加及移開完全充電之後，布料必須在<0.4秒之內放電。

布料的靜電黏附：布料對金屬-AATCC方法115用於評估某些布料的相對黏附傾向。測試會整合影響布料黏附傾向之參數(布料重量、剛性、構造、表面特徵、加工應用及其它布料參數)的效應。僅報告平均值。在50% RH及21℃下，執行測試及條件化。

L*值的色彩測試-根據CIELAB 1976 L*a*b*比色系統，決定L*。在色彩測試的全頻譜內的L*，第3軸係測量材料的白度。L*值測量黑=0與白=100之間的相對差。使用Byk-Gardner色球色彩系統，特別是利用Byk-Gardner TCS 8800型比色計或同等儀器。使用有5克的絲纖維樣品在其中之壓縮胞(compression cell)，蓬鬆空氣以形成用於分析的纏結基底，在室溫下(亦即，在約23℃)，進行測量。對複製樣品，執行測試。

丹尼(ASTM D 1577)是纖維的線性密度，表示成9000米纖維的公克重量。通常，當單絲在製造後十天以上時，將纖維之包裝置於75°±2°F、及55±2%相對濕度下，進行纖維條件化特定時間長度，通常是24小時。將0.9米的單絲取樣稱重，以及，將丹尼計算成9000米取樣的公克重量。丹尼倍數(10/9)等於分特(dtex)。對短纖維取樣執行的丹尼及韌度測試是在ASTM方法學指定的標準溫度及相對濕度條件下。具體而言，標準條件意指70+/-2℉(21+/-1℃)的溫度及65%+/-2%的相對濕度。

1.纖維建構及製備

參考圖1及2，顯示抗靜電雙組份纖維10包括導電組份12及非導電成纖組份14。導電組份包含添加碳黑以提供導電的基質聚合物。非導電成纖組份14包括以TiO₂消光的例如尼龍等聚合物。TiO₂以基於非導電成纖組份14的重量的至少2重量%之量存在。須瞭解，非導電組份14是纖維材料的大部分(大於纖維的50重量%)且其界定圖1中大致顯示的加長纖維結構16。抗靜電雙組份纖維10又特徵在於導電組份12配置在延著抗靜電雙組份纖維10的長度L延伸的3條個別的、如同所示等間隔的導電條18、20及22中。導電條18、20及22在纖維10的外周圍24上彼此間隔，以致於導電條18、20及22的外表面30、32及34曝露且內部份36、38及40至少部份地且較佳地大部份地被非導電組份14包封(圖2)。這些導電條因而由非導電組份14分開。

抗靜電雙組份纖維10延著它們長度方向的剖面大致均勻。導電組份12的包封程度(以百分比表示)之計算方式為：將與非導電成纖組份14接觸的導電條的剖面周長加總，再除以導電條的剖面周長總合(被包封及未被包封部份)並乘以100%。

本發明的抗靜電纖維較佳係利用此技藝中知道且於上述列舉的參考文獻(特別是美國專利號3,969,559)中說明的複合(conjugant)熔融擠製紡絲製程加以製造。在具有共擠製能力及適用於將流份複合(conjugate)成為所需結構的紡嘴板之紡絲設備中，藉由熔融共擠製多種不同的聚合物成分而適當地完成抗靜電雙組份絲的紡絲。紡嘴典型上使用多個具有適當尺寸及幾何形狀之收斂分支毛細管，在擠製時會將組份複合(conjugate)成所需結構。

圖1及2顯示單絲，其係藉由複合(conjugant)熔融擠製紡絲製程中使2熔融流份在一起而產生的。在任何實施態樣中，本發明的抗靜電雙組份纖維含有多條表面條，至少2條，但較佳的是3或更多表面條。黑條含有碳黑。非導電組份是白色的，具有約25重量%的TiO₂之與尼龍-66混配。在將纖維從線軸解開時，深色及淡色會含於相同的絲內。

圖3顯示典型的多絲剖面。注意，在絲的周圍上的3碳條。發現等距間隔之條的數目愈多會造成愈低的電阻測量值。藉由原料的選取及纖維內碳條配置之組合，而造成此新產品的重要值。

圖4是雙組份纖維線軸的照片，比較右側典型的現有多條產品與左側之本發明的產品。雖然電阻值有點類似，但是，顏色顯著不同。雖然未受限於理論，但是，相信TiO₂的高負載足以掩飾高負載的碳黑，而不會影響纖維的染色力。於下將看到本發明的纖維當併入於布料中時儘管高度負載絕緣材料TiO₂，但仍呈現令人驚訝的低表面電阻值。

2.纖維實例

使用複合(conjugate)熔融紡絲製程，製造具有含7至15%之間的碳之3條表面條之20丹尼/2絲產品。製造三個版本。發現最淡色的產品具有適用於各種應用的高電阻值。發現具有最低電阻的產品具有最暗的顏色。當使用TiO₂(金紅石)作為消光劑(約10%組成物)時，發現可提供有利的多功能用途。TiO₂(銳鈦礦)分別佔組成物之7%及15%，會造成較深藍色纖維，預期係因為使用深色類型的TiO₂。TiO₂(金紅石)造成顏色更淡的產品，具有類似於如圖4中紗筒上的深色纖維所示之Ascend Performance Material目前最導電的黑色產品之電阻(請參見實例3B)。

這些實例使用尼龍-66作為基質聚合物及成纖聚合物。使用傳統的聚合熱壓器、淬火裝置及切割器，製備類立方體狀的尼龍-66聚合物片。這些片適合熔融熔紡絲成絲。於如此製造的尼龍-66聚合物裝填導電碳黑，導電碳黑是麻省Cabot公司販售之商標Vulcan C的碳黑。碳黑具有下述報告的分析：

以下述程序，將碳黑分散於聚合物中。將預定量的尼龍及碳黑饋給至6號佛雷爾(Ferrel)連續混合器，6號佛雷爾(Ferrel)連續混合器係將碳黑混配至高分子量線性聚合物的正常方式操作。混合器的輸出會饋給至配備多股模頭(multi-strand die)的擠製器。具有約3mm代表直徑的擠製輥切割成具有約3-6mm的平均長度之小圓柱。

使用複合(conjugate)熔融紡絲製程，將二聚合物成分紡絲成具有圖1-3中所示的幾何形狀之抗靜電雙組份纖維。

3.比較例

表1中的資料說明具有3條表面條及無TiO₂消光劑之現有Ascend Performance Material No-Shock®纖維。為了比較而提供這些資料。如圖4所示，具有類似碳黑含量的纖維在外觀上是黑的，因而不適用於淡色布料或其它織物。

表1中之用語：紡(POY)連續絲尼龍No-Shock®產品：碳導電、聚醯胺(尼龍)基材拉伸(FDY)連續絲尼龍No-Shock®產品：所有導電介質、所有聚合物基材

所有產品是具有導電材料分散於(並非充滿或塗覆)聚合基質中之雙組份纖維。顏色濃淡之說明僅是為了比較。

4.布料特徵

製造具有20丹尼/2絲產品的針織布料，所述20丹尼/2絲產品具有含7至15%之間的導電組份之3條表面條。結果顯示於表2及3以及下文中。在表2及3中，纖維4A是具有導電芯及非導電鞘的雙組份纖維，其中，鞘由約4%的TiO₂消光。纖維4B是具有導電芯及非導電鞘的雙組份纖維，其中，鞘包含24%的TiO₂。纖維4C及3B是具有圖1及2中所示的幾何形狀的雙組份纖維，其中，纖維4C之非導電組份中含有24%的TiO₂及纖維3B之非導電組份中不含有TiO₂。控制纖維主要由尼龍-66組成的非導電組份形成。

本發明布料的顏色比纖維3B(圖4中的線軸上的深色纖維)製成的布料的顏色更淡。本發明布料與包含纖維4A的產品相比也在布料上顯示類似的顏色，但是比纖維4B差。併有具有圖1和2的構造之抗靜電纖維的樣品顯示比中心為碳之抗靜電纖維的之二布料更低的表面電阻率。相較於未含有抗靜電紗的控制布料，根據標準的Fed Std 191方法5931，布料具有0.01秒的靜電衰退時間。根據AATCC115測試方法，布料也顯示無黏附。

依據本發明申請專利範圍的技術製造的布料(3A及3B)儘管含有高附載之TiO₂，其靜電衰退表現顯示與目前可取得的No-Shock®紡絲類似。樣品也顯示比控制樣品~800的改良。纖維的表面電阻也顯示比控制樣品改良。本發明的絲令人滿意地適用於針織製程。

從表2及3可知本發明的抗靜電雙組份纖維提供令人驚訝的特性給布料。特別地，本發明提供之表面電阻甚至低於非導電組份中無TiO₂的深色纖維，及本發明提供很短的去黏附時間。此結果是特別出乎意料地，因為預期負載TiO2之材料應呈現更高的表面電阻，。

5.纖維摻合

假使需要時，本發明的抗靜電雙組份纖維可以與非導電纖維摻合以製備適用於服裝及地毯的紗。本發明的雙組份纖維在紡絲之前或是在其拉伸或拉伸締鬈期間特別適用於以少量添加至較大束的一般非導電合成絲或纖維中。使用傳統的機構，可將絲纖維形式的雙組份纖維切割成所需的短纖維長度及與非導電短纖維摻合。然後，將摻合的纖維紡成具有抗靜電品質的紗。在以標準紡織、簇絨、針織、植絨、結網、編結及其它技術製造適當的織物時，本發明的紗股可被單獨使用或是較佳地與其它紗股摻雜。低至約0.1重量%的布料可以由本發明的雙組份纖維組成，而布料的其餘部份包括任何天然或人造纖維及絲；又取得適當的靜電消失。平常，布料不需含有超過10重量%的雙組份纖維。與本發明的抗靜電雙組份纖維有利地結合之纖維及絲的例子為由烯烴聚合物、丙烯腈聚合物、尼龍聚合物、醯胺聚合物、聚對苯二甲酸乙二酯聚合物所製成者、以及棉花與羊毛。

本發明的抗靜電雙組份纖維在其拉伸締鬈之前可以方便地及有利地併入於連續絲地毯紗線中，不需要採取昂貴的預防措施來確保抗靜電雙組份纖維不斷裂。可以使用各式各樣的拉伸締鬈技術。舉例而言，具有適當的個別丹尼(1-30)之一或多種未拉伸的抗靜電雙組份纖維被導至紗饋給機構，紗饋給機構供應800-4000最終丹尼的地毯紗線給各種拉伸締鬈裝置。拉伸締鬈裝置包含機械式饋給或熱噴流饋給之熱拉伸齒輪捲曲機、拉伸假撚機、及拉伸填塞箱，及拉伸噴流吸絲裝置。紡絲及拉伸締鬈可以在一連續作業中耦合。

發明實施態樣

在實施態樣1中提供一種抗靜電雙組份纖維，其包括導電組份及非導電成纖組份，其中：(a)導電組份包括基質聚合物及碳黑；以及(b)非導電成纖組份包括TiO₂消光的成纖聚合物，TiO₂係以基於非導電成纖組份的重量之至少2重量%的量存在，該非導電成纖組份界定抗靜電雙組份纖維之拉長纖維結構；抗靜電雙組份纖維又特徵在於：導電組份配置在延著纖維長度延伸的至少3條個別的導電表面條中，該些條在抗靜電雙組份纖維的外周圍上彼此分開且由非導電成纖組份隔開，該些表面條會作用以提供抗靜電特性給該抗靜電雙組份纖維。

實施態樣2是根據實施態樣1的抗靜電雙組份纖維，具有延著纖維長度延伸的3-5條個別的導電表面條，該些條在抗靜電雙組份纖維的外周圍上彼此分開且由非導電成纖組份隔開，該些表面條會作用以提供抗靜電特性給該抗靜電雙組份纖維。

實施態樣3是根據實施態樣1或2的抗靜電雙組份纖維，其中，該些表面條在纖維的外周圍上均等地間隔。

實施態樣4是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，該些導電表面條至少部份地由非導電成纖組份包封於其間。

實施態樣5是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，該些導電表面條至少50%由該非導電的成纖組份包封於其間。

實施態樣6是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，該些導電表面條至少75%由非導電的成纖組份包封於其間。

實施態樣7是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，導電組份的基質聚合物及非導電成纖組份的成纖聚合物是相同聚合物。

實施態樣8是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，導電組份的基質聚合物及非導電成纖組份的成纖聚合物是不同聚合物。

實施態樣9是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，導電組份的基質聚合物及非導電成纖組份的成纖聚合物是選自聚酯聚合物、聚醯胺聚合物、聚亞烷基聚合物及聚丙烯酸系聚合物。

實施態樣10是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，導電組份的基質聚合物及非導電成纖組份的成纖聚合物是聚醯胺聚合物。

實施態樣11是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，導電組份的基質聚合物是尼龍-6，以及，非導電成纖組份的成纖聚合物是尼龍-66。

實施態樣12是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，具有從2至30之單絲丹尼(dpf)。

實施態樣13是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，具有從5至20之單絲丹尼(dpf)。

實施態樣14是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，具有從7.5至15之單絲丹尼(dpf)。

實施態樣15是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，導電組份以基於纖維重量之2重量%至30重量%的量存在，以及，非導電成纖組份以基於纖維的重量之70重量%至98重量%的量存在。

實施態樣16是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，導電組份以基於纖維重量之5重量%以上的數量存在。

實施態樣17是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，導電組份以基於纖維重量之7.5重量%至15重量%的量存在。

實施態樣18是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，TiO₂係以基於非導電成纖組份的重量之2重量%至30重量%的量存在。

實施態樣19是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，TiO₂係以基於非導電成纖組份的重量之10重量%以上的數量存在。

實施態樣20是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，TiO₂係以基於非導電成纖組份的重量之15重量%以上的數量存在。

實施態樣21是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，TiO₂係以基於非導電成纖組份的重量之20重量%以上的數量存在。

實施態樣22是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，碳黑係以基於導電組份的重量之10重量%至50重量%的量存在。

實施態樣23是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，碳黑係以基於導電組份的重量之25重量%至40重量%的量存在。

實施態樣24是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，當以使用Keithly 6517靜電計之測試方法A測量時，抗靜電雙組份纖維呈現小於10¹⁰歐姆/cm的電阻。

實施態樣25是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，當以使用Keithly 6517靜電計之測試方法A測量時，抗靜電雙組份纖維呈現5x10⁶歐姆/cm至5x10⁹歐姆/cm的電阻。

實施態樣26是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，當以使用Keithly 6517靜電計之測試方法A測量時，抗靜電雙組份纖維呈現10⁶歐姆/cm至10⁷歐姆/cm的電阻。

實施態樣27是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，具有大於50的白度值L*。

實施態樣28是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，具有範圍從50至60的白度值L*。

實施態樣29是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，其中，當由測試方法ASTM D 2101-72決定時，纖維具有小於85%的伸度。

實施態樣30是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，併入於具有10至3000範圍的丹尼之複絲產品中。

實施態樣31是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，併入於具有500至3000範圍的丹尼之複絲產品中。

實施態樣32是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，併入於具有15至100範圍的丹尼之複絲產品中。

實施態樣33是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，併入於具有15至75範圍的丹尼之複絲產品中。

實施態樣34是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，併入於具有15至50範圍的丹尼之複絲產品中。

實施態樣35是根據上述任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維，併入於具有15至25範圍的丹尼之複絲產品中。

實施態樣36是織物產品，選自併有如前述1至2實施態樣9中任一實施態樣的抗靜電雙組份纖維之地毯、梭織物及針織物。

實施態樣37是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據測試程序Fed Std 191方法5931決定時，織物是呈現小於0.1秒的靜電衰退時間的布料。

實施態樣38是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據測試程序Fed Std 191方法5931決定時，織物是呈現小於0.05秒的靜電衰退時間的布料。

實施態樣39是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據測試程序Fed Std 191方法5931決定時，織物是呈現0.01秒或更少的靜電衰退時間的布料。

實施態樣40是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據用於測量布料對金屬板的黏附時間之測試方法AATCC 115決定時，織物是呈現小於6秒的去黏附時間的布料。

實施態樣41是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據用於測量布料對金屬板的黏附時間之測試方法AATCC 115決定時，織物是呈現小於3秒的去黏附時間的布料。

實施態樣42是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據用於測量布料對金屬板的黏附時間之測試方法AATCC 115決定時，織物是呈現0.5秒或更少的去黏附時間的布料。

實施態樣43是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據測試方法AATCC 76決定時，織物是呈現從10⁸至小於10¹¹歐姆/□表面電阻的布料。

實施態樣44是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據測試方法AATCC 76決定時，織物是呈現從10⁸至10¹⁰歐姆/□表面電阻的布料。

實施態樣45是根據實施態樣36的織物產品，其中，當根據測試方法AATCC 76決定時，織物是呈現從10⁹至10¹⁰歐姆/□表面電阻的布料。

實施態樣46是纖維摻合物，包括與非導電纖維摻雜的1號至2實施態樣9中任一實施態樣之雙組份纖維以及用以形成抗靜電紗。

實施態樣47是根據4實施態樣6的纖維摻合物，併入於30號至3實施態樣5中任一實施態樣之複絲產品中以形成抗靜電紗。

實施態樣48是根據1號至2實施態樣9中任一實施態樣之抗靜電雙組份纖維的製造方法，包括使用複合(conjugant)熔融擠製紡絲製程。

本發明已詳細地加以說明，在本發明的精神及範圍內的修改，對於習於此技藝者將顯而易知的。這些修改也被視為本發明的部份。基於上述討論、此技藝的相關知識及前文所討論的參考文獻，加上包含實施方式及先前技術等之於此一併列入參考的前述說明，進一步說明已無必要。此外，從上述說明應瞭解本發明的眾多態樣及不同實施態樣的部份可以全部或部份合併或互換。此外，習於此技藝的一般技術者將瞭解前述說明僅是舉例說明，而非要侷限本發明。

10‧‧‧抗靜電雙組份纖維