芯皮複合型導電性纖維的製作方法
2023-10-06 10:46:24
專利名稱：芯皮複合型導電性纖維的製作方法
技術領域：
本發明涉及芯皮複合型導電性纖維。
近年來，在歐美國家中，作為不破壞含有導電性纖維的纖維製品而評價其導電性的方案，採用使電極接觸纖維製品表面的兩處而測定電極間的電阻值的方法(以下稱為『表面電阻測定法』)。對於本方法來說，存在以下問題在混用於纖維製品中的導電性纖維的表面上不露出導電成分的情況下，因為導電成分和電極不接觸，所以表觀上的導電性很低，即電阻值很高。
為了消除該缺點，容易想到是可以將表面層變為導電成分，其建議是各種各樣的。例如，提出了將氧化鈦、碘化亞銅等金屬塗敷或鍍在表面上的方法，但用這些方法得到的導電性纖維沒有洗滌耐久性，在初期的評價中，導電性很高，但進行反覆洗滌後，因為會引起金屬成分的剝離和脫落而使導電性降低，所以難以用於在實用時不可缺少多次洗滌的無塵衣料。
在特公昭57-25647中提出了將混練入碳黑的導電成分配備在皮部的芯皮型複合纖維，但難以形成芯皮而沒有實用的製品。這是因為存在以下問題由於碳黑的混合使熱塑性聚合物的熔融流動性顯著降低，芯成分和皮成分的熔融流動性的差距很大，所以紡絲性顯著惡化，而且因為同樣的理由，芯皮複合形狀產生部分的紊亂，在延伸、編織等後續工序中也降低了操作性。
本發明人著眼於在由通過熔融紡絲將導電性碳黑包含在皮成分中的纖維形成性聚合物構成的芯皮複合型導電性纖維中，使纖維橫截面中的皮成分的內接圓中心處於特定的範圍內，而改善導電性纖維的集束性和起伏，使後續工序的通過性大幅度提高，從而完成了本發明。
即，本發明的第一方面的芯皮複合型導電性纖維是由將導電性碳黑包含在皮成分中的纖維形成性聚合物構成的，其中，在纖維橫截面中的芯成分的內接圓和皮成分的內接圓中，皮成分的內接圓半徑R和兩個內接圓的中心間距離r滿足下面的範圍，r/R≤0.03…①作為第一發明的優選方式，其特徵在於皮成分的碳黑含有量是10～50重量％。
作為更優選的方式，其特徵在於芯皮的複合比率中的芯成分和皮成分的面積比率是20∶1～1∶2。
本發明的第二方面的芯皮複合型導電性纖維的特徵在於在芯皮型的導電性複合纖維中，芯成分是由以對苯二甲酸乙二醇酯為主體的聚酯構成，皮成分中結構單位的10～90摩爾％是由對苯二甲酸乙二醇酯的共聚聚酯和碳黑的混合物構成的。
作為第二發明的優選方式，其特徵在於芯皮複合型導電性纖維的皮成分是將間苯二甲酸和/或鄰苯二甲酸和/或萘二甲酸作為酸成分共聚體而進行共聚的聚酯構成的。
作為更優選的方式，其特徵在於作為共聚成分的間苯二甲酸和/或鄰苯二甲酸和/或萘二甲酸的共聚比率是10～50摩爾％。
作為更優選的方式，其特徵在於皮成分中的碳黑含有量是10～50重量％。
作為更優選的方式，其特徵在於芯皮的複合比率中的芯成分和皮成分的面積比率是20∶1～1∶2。
圖2是表示本發明的纖維製造中所使用的紡絲噴嘴的一例的圖。
符號說明A芯聚合物；B含有導電碳的皮聚合物；C皮的內接圓；D芯的內接圓；R皮的內接圓的半徑；r皮的內接圓的中心和芯的內接圓的中心之間的距離；H導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面。
本發明是由芯成分中含有纖維形成型聚合物、皮成分中含有導電性碳黑的纖維形成性聚合物構成的芯皮複合型導電性纖維。
本發明的導電性纖維的截面形狀如
圖1所示，形成芯成分的纖維形成性聚合物位於含有形成皮成分的導電性碳黑的纖維形成性聚合物的內側。在這樣的截面形狀中，皮成分的內接圓半徑R、和芯成分內接圓與皮成分內接圓的中心之間距離r都處於特定的範圍之內。
形成芯成分的纖維形成性聚合物是眾所周知的具有纖維形成性能的聚合物，即可以使用聚醯胺、聚酯、聚烯烴等。就聚醯胺來說，例如已知有尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12、以及以它們為主要成分的共聚聚醯胺。就聚酯來說，例如已知有聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚羥基苯甲酸乙二醇酯、以及以它們為主要成分的共聚聚酯等。即使是上述記述以外的聚合物，只要是具有纖維成形性能的聚合物，也可以適合作為本發明的形成芯成分的纖維形成性聚合物。根據目的也可以含有鈦等無機粒子。
形成皮成分的含有導電性碳黑的纖維形成性聚合物是眾所周知的具有纖維形成性能的聚合物，即可以使用聚醯胺、聚酯等。就聚醯胺來說，例如已知有尼龍6、尼龍66、尼龍11、尼龍12、以及以它們為主要成分的共聚聚醯胺。就聚酯來說，例如已知有聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚羥基苯甲酸乙二醇酯、以及以它們為主要成分的共聚聚酯等。即使是上述記述以外的聚合物，只要是具有纖維成形性能的聚合物，也可以適合作為本發明的形成皮成分的纖維形成性聚合物。
對於r和R之間關係不滿足上述式①範圍的芯皮複合型導電性纖維來說，因為芯成分產生偏心，所以纖維絲的集束性不足或出現起伏，由此後續工序的通過性較差。對於滿足上式範圍的芯皮複合型導電性纖維來說，芯成分不會產生偏心，起伏較少並且紡絲工序和後續工序的通過性優良。
在本發明中，為了成為滿足上述式①的芯皮的位置關係，例如，如圖2所示，使紡絲噴嘴的形成皮成分的纖維形成性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為1.6S以下。而且，在毛細管部入口附近擰入聚合物紡絲甬道，將紡絲甬道變為流線型後，聚合物的流動更好，紡絲性優良。
這種情況下，如果使紡絲噴嘴的毛細管部入口附近的壁面H的粗糙度超過1.6S，那麼形成皮成分的纖維形成性聚合物難以流動且難以形成芯皮。此時如果為了降低形成皮成分的纖維形成性聚合物的熔融粘度而提高紡絲溫度，就會加速聚合物惡化、不僅成為汙染噴嘴的原因而且還不能形成纖維絲。
形成皮成分的纖維形成性聚合物的導電性碳黑的含有量為10～50重量％較好，更好是15～40重量％。如果導電性碳黑的含有量處於該範圍之內，那麼因為纖維形成性能和導電性能優良，所以是理想的。
對於導電性碳黑和纖維形成性聚合物的混合來說，作為眾所周知的方法，例如，使用雙螺杆混煉擠出機在加熱下進行混煉，由此可以得到。
本發明的芯皮複合型導電性纖維的芯皮複合比率優選是芯成分∶皮成分的面積比率為20∶1～1∶2。如果芯皮比率處於該範圍之內，那麼因為纖維的強度優良且芯皮的形成形狀優良，所以是理想的。
下面詳細說明本申請的第二發明。本發明涉及皮成分是導電成分的芯皮複合型導電性纖維，特別涉及聚酯類的纖維。通過將材質變為聚酯類，不僅使導電性、導電性的耐久性、紡絲工序和後續工序的通過性良好，而且還能得到耐藥品性優良的導電性纖維。作為本發明的芯皮複合型導電性纖維的皮成分的共聚聚酯是結構單元的10～90摩爾％為對苯二甲酸乙二醇酯的共聚聚酯。
並且，上述皮成分的共聚聚酯的共聚成分可以利用各種成分，例如，可列舉出如間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、萘二甲酸那樣的二羧酸類、聚乙二醇等的乙二醇(二元醇)類等。其中最好使用間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、萘二甲酸。就它們的共聚比來說，10～50摩爾％較好，更好是10～40摩爾％。
就該共聚比率來說，在二羧酸類中表示酸成分中的比率，在乙二醇類中表示乙二醇中的比率。
如果共聚比率小於10摩爾％，就不能形成芯皮結構。此時，在纖維表面出現突起，並且該聚合物不能流向作為纖維一部分的單絲的皮部分而僅成為芯成分。這樣的纖維的紡絲、延伸和後續加工的工序通過性顯著惡化。另一方面，如果共聚比率超過90摩爾％，就變為低熔點，若加熱到芯成分所需要的紡絲溫度就會使聚合物惡化，成為斷絲的原因，紡絲性顯著惡化。
本發明的芯皮複合型導電性纖維中的芯成分是以對苯二甲酸乙二醇酯為主體的均聚物或共聚聚酯，優選是均聚PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)。對於在共聚聚酯中所使用的共聚成分，例如可以列舉出己二酸、癸二酸、苯二甲酸、萘二甲酸、磺基間苯二甲酸等二羧酸成分、1-羥基-2-羧基乙烷等羥基羧酸成分、以及乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇等二元醇成分。其中優選使用磺基間苯二甲酸。在使用共聚聚酯時，優選是10～30摩爾％共聚的聚酯。並且，根據目的也可以含有氧化鈦等無機粒子。
本發明的芯皮複合型導電性纖維中的皮成分的碳黑的量優選是10～50重量％。如果碳黑的量處於上述範圍內，就能得到纖維形成性能和導電性優良的纖維。
對於導電性碳黑和纖維形成性聚合物的混合來說，作為眾所周知的方法，例如，使用雙螺杆混煉擠出機在加熱下進行混煉，由此可以得到。
對於本發明的芯皮複合型導電纖維的導電成分和非導電成分的複合結構來說，重要的是導電成分完全封閉住非導電成分那樣的芯皮型。圖1是適用於本發明的複合結構的示例。
本發明的芯皮複合型導電纖維的芯皮複合比率最好是芯成分∶皮成分的面積比率為1∶2～20∶1。如果皮成分比率處於該範圍之內，則可得到纖維形成性能、導電性和強度優良的纖維，所以是理想的。
實施例下面，通過實施例詳細說明本發明。
首先記述各物理性能值的測定方法、評價方法。
表面電阻測定將在緯絲中以10mm節距混入芯皮複合型導電性纖維的布帛的緯絲方向×經絲方向＝60mm×50mm作為試樣，將與經絲方向的50mm全部接觸的電極在緯絲方向距離50mm地接觸布帛，在沒有導電膏的情況下測定電阻值。電阻測定儀使用惠普公司制高電阻計4329A。
與纖維的芯和皮連接的內接圓的中心間距離(以下記為『中心間距離』)將滿足數學式①的情況記為○，除此以外記為×。使用奧林巴斯制的光學顯微鏡對絲的截面拍攝照片，並使用keyence制的圖像解析裝置測定中心間距離。
工序通過性將紡絲的捲筒、延伸時線軸的解卷、後續加工時的緯紗管的解卷性是良好情況時記為○，是差的情況時記為×。
MI值使用東洋精機製作所(有限公司)制的type·C-5059D來測定。在特定溫度下將樹脂熔融，用在10分鐘期間由直徑為0.5mm的孔擠出的樹脂的吐出質量來表示。
洗滌耐久性使用『JIS L 0217 E 103法』中的至100次時電阻值是否增大來進行評價。洗滌100次後電阻沒有增大時記為○，認為增大時記為×。
耐酸性浸漬在95％的甲酸中，用是否溶解來進行評價。浸漬後經過5分鐘而不溶解時記為○，溶解時記為×。
纖維的芯皮形成狀態全部形成長纖維芯皮時記為○，除此之外記為×。
纖維的強度使用島津製作所制的Autograph AGS-1KNG進行測定。
實施例1-1將在與12摩爾％間苯二甲酸共聚的聚對苯二甲酸乙二醇酯中混合分散入26重量％導電性碳黑的導電性聚合物作為皮成分，將均聚的聚對苯二甲酸乙二醇酯作為芯成分，進行複合，以便成為表1-1所示的芯皮複合比率，在285℃下，從導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為1.6S以下、孔徑為0.5mm的孔中紡出，一邊加注一邊以1000m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的12絲的未延伸絲。而且在100℃的延伸滾上進行延伸，在140℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到84分特/12絲的延伸絲。將評價結果表示在表1-1中。
實施例1-2將在尼龍12中混合分散入33重量％導電性碳黑的導電性聚合物作為皮成分，將尼龍12作為芯成分，進行複合，以便成為表1所示的芯皮複合比率，在270℃下，從導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為1.6S以下、孔徑為0.7mm的孔中紡出，一邊加注一邊以700m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的24絲的未延伸絲。而且在90℃的延伸滾上進行延伸，在150℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到167分特/24絲的延伸絲。將評價結果表示在表1-1中。
實施例1-3將在尼龍6中混合分散入30重量％導電性碳黑的導電性聚合物作為皮成分，將尼龍6作為芯成分，進行複合，以便成為表1所示的芯皮複合比率，在270℃下，從導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為1.6S以下、孔徑為0.5mm的孔中紡出，一邊加注一邊以700m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的24絲的未延伸絲。而且在90℃的延伸滾上進行延伸，在150℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到160分特/24絲的延伸絲。將評價結果表示在表1-1中。
實施例1-4將在與聚乙二醇共聚的聚對苯二甲酸乙二醇酯中混合分散入23重量％導電性碳黑的導電性聚合物作為皮成分，將均聚的聚對苯二甲酸乙二醇酯作為芯成分，進行複合，以便成為表1所示的芯皮複合比率，在285℃下，從導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為1.6S以下、孔徑為0.5mm的孔中紡出，一邊加注一邊以1000m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的12絲的未延伸絲。而且在100℃的延伸滾上進行延伸，在140℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到84分特/12絲的延伸絲。將評價結果表示在表1-1中。
比較例1-1將在與12摩爾％間苯二甲酸共聚的聚對苯二甲酸乙二醇酯中混合分散入26重量％導電性碳黑的導電性聚合物作為皮成分，將均聚的聚對苯二甲酸乙二醇酯作為芯成分，進行複合，以便成為表1所示的芯皮複合比率，在285℃下，從導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為3.2S以上、孔徑為0.5mm的孔中紡出，一邊加注一邊以1000m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的12絲的未延伸絲。而且在100℃的延伸滾上進行延伸，在140℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到84分特/12絲的延伸絲。將評價結果表示在表1-1中。
比較例1-2將在尼龍12中混合分散入33重量％導電性碳黑的導電性聚合物作為皮成分，將尼龍12作為芯成分，進行複合，以便成為表1所示的芯皮複合比率，在270℃下，從導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為3.2S以上、孔徑為0.7mm的孔中紡出，一邊加注一邊以700m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的24絲的未延伸絲。而且在90℃的延伸滾上進行延伸，在150℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到167分特/24絲的延伸絲。將評價結果表示在表1-1中。
比較例1-3將在尼龍6中混合分散入30重量％導電性碳黑的導電性聚合物作為皮成分，將尼龍6作為芯成分，進行複合，以便成為表1所示的芯皮複合比率，在270℃下，從導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為3.2S以上、孔徑為0.5mm的孔中紡出，一邊加注一邊以700m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的24絲的未延伸絲。而且在90℃的延伸滾上進行延伸，在150℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到160分特/24絲的延伸絲。將評價結果表示在表1-1中。
比較例1-4將在與聚乙二醇共聚的聚對苯二甲酸乙二醇酯中混合分散入23重量％導電性碳黑的導電性聚合物作為皮成分，將聚對苯二甲酸乙二醇酯作為芯成分，進行複合，以便成為表1所示的芯皮複合比率，在285℃下，從導電性聚合物的紡絲甬道引導孔的壁面H的粗糙度為3.2S以上、孔徑為0.5mm的孔中紡出，一邊加注一邊以1000m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的12絲的未延伸絲。而且在100℃的延伸滾上進行延伸，在140℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到84分特/12絲的延伸絲。將評價結果表示在表1-1中。表1-1
實施例2-1將在與30摩爾％間苯二甲酸共聚的聚對苯二甲酸乙二醇酯中混合分散入26重量％導電性碳黑的MI值為0.02的導電性聚合物作為皮成分，將MI值為2.1的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)作為芯成分，進行複合，以便成為表1-1所示的芯皮複合比率，在290℃下，從孔徑為0.25mm的孔中紡出，一邊加注一邊以700m/min的速度卷繞，得到截面為圓形的12絲的未延伸絲。而且在100℃的延伸滾上進行延伸，在140℃的熱金屬板上進行熱處理並卷繞，得到84分特/12絲的延伸絲。將評價結果表示在表2-1中。
實施例2-2如表2-1所示，除了變更共聚聚酯以外，與實施例2-1相同，將結果表示在表2-1中。
比較例2-1如表2-1所示，除了變更實施例2-1中的共聚聚酯和芯皮比率以外，與實施例2-1相同，將結果表示在比較例2-1中。在比較例2-1的條件下，因為不能採集絲，所以不能評價表面電阻、強度、洗滌耐久性和耐甲酸性，記為『-』。
比較例2-2如表2-1所示，除了變更實施例2-1中的共聚聚酯以外，與實施例2-1相同。在比較例2-2的條件下，因為不能採集絲，所以不能評價表面電阻、強度、洗滌耐久性和耐甲酸性，記為『-』。
實施例2-3如表2-1所示，除了變更實施例2-1中的芯皮比率以外，與實施例2-1相同，將結果表示在實施例2-3中。
比較例2-3如表2-1所示，除了將實施例2-1中的芯成分變更為6尼龍(6Ny)、並變更芯皮比率以外，與實施例2-1相同，將結果表示在表2-1中。表2-1
聚合物；PET聚對苯二甲酸乙二醇酯，6Ny6尼龍工業可利用性本發明的芯皮複合型導電性纖維的形態是在纖維截面形狀中，導電成分完全封閉住非導電成分，導電成分全部暴露在表面，並且本發明的芯皮複合型導電性纖維具有良好的紡絲工序和後續工序的通過性。而且，通過將芯成分、皮成分變為特定的聚酯而能夠得到耐藥品性也優良的複合導電絲。
本發明的導電性纖維可以單獨利用或與其它纖維混用。例如，可用於無塵衣等特殊工作服或地毯等室內裝飾。
權利要求
1.一種芯皮複合型導電性纖維，其由在皮成分中包含導電性碳黑的纖維形成性聚合物構成，其特徵在於在纖維橫截面中的芯成分的內接圓和皮成分的內接圓中，皮成分的內接圓半徑R和兩個內接圓的中心間距離r滿足下面的範圍，r/R≤0.03 …①。
2.如權利要求1所述的芯皮複合型導電性纖維，其特徵在於皮成分的碳黑含有量是10～50重量％。
3.如權利要求1所述的芯皮複合型導電性纖維，其特徵在於芯皮的複合比率中的芯成分和皮成分的面積比率是芯∶皮＝20∶1～1∶2。
4.一種芯皮複合型導電性纖維，其特徵在於在芯皮型的導電性複合纖維中，芯成分是由以對苯二甲酸乙二醇酯為主體的聚酯構成的，皮成分是由結構單位的10～90摩爾％為對苯二甲酯乙二醇酯的共聚聚酯和碳黑的混合物構成的。
5.如權利要求4所述的芯皮複合型導電性纖維，其特徵在於皮成分是對選自間苯二甲酸、鄰苯二甲酸和萘二甲酸的共聚成分進行共聚的聚酯。
6.如權利要求4所述的芯皮複合型導電性纖維，其特徵在於皮成分的共聚成分的共聚比率是10～50摩爾％。
7.如權利要求4所述的芯皮複合型導電性纖維，其特徵在於皮成分中的碳黑含有量是10～50重量％。
8.如權利要求4所述的芯皮複合型導電性纖維，其特徵在於芯皮的複合比率中的芯成分和皮成分的面積比率是芯∶皮＝20∶1～1∶2。
全文摘要
本發明提供一種芯皮複合型導電性纖維,其由在皮成分中包含導電性碳黑的纖維形成性聚合物構成,即,在纖維橫截面中的芯成分的內接圓和皮成分的內接圓中,皮成分的內接圓半徑R和兩個內接圓的中心間距離r滿足特定的範圍,在芯皮型的導電性複合纖維中,芯成分是由以對苯二甲酸乙二醇酯為主體的聚酯構成的,皮成分是由結構單位的10～90摩爾%為對苯二甲酸乙二醇酯的共聚聚酯和炭黑的混合物構成的。本發明的導電性纖維可以單獨利用或與其它纖維混用,可用於無塵衣等特殊工作服或地毯等室內裝飾等的各種用途。
文檔編號D01F1/02GK1375019SQ00812923
公開日2002年10月16日 申請日期2000年9月7日 優先權日1999年9月17日
發明者伊黑敏裕, 宮本雅之, 本田繁喜, 中西啟二, 堤英伸 申請人:鍾紡株式會社, 鍾紡合纖株式會社