JPH06294014A - 導電性繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】カーボンブラック含有導電性ポリマと繊維形成
性の非導電性ポリマとの複合紡糸において、導電性ポリ
マ配管の内壁粗さと口金孔壁面粗さ、およびポリマ導入
部から絞り孔部および吐出部へのテーパー角度を特定化
し、かつその紡糸スタート方法は導電性ポリマを流す前
に流動性非導電性ポリマを満たした後、導電性ポリマに
切り替える、導電性繊維の製造方法。 【効果】カーボンブラック含有導電性複合繊維の製造に
おいて、導電性ポリマの配管、口金周りの仕様（壁面の
粗さ、絞り部のテーパー角度）および紡糸のスタート方
法を特定することで、操業性、品質とも極めて良好な導
電性繊維の安定生産が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電性繊維繊維の製造方
法、特に、導電性カーボンブラック分散ポリマと繊維形
成性の非導電性ポリマとの複合繊維を操業性よく、安価
に製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から導電性カーボンブラックを分散
させた成分を有する導電性複合繊維はよく知られてい
る。例えば、特公昭５２−３１４５０号公報には芯部を
導電性成分とした芯鞘複合繊維、特開昭４８−４８７１
５号公報には逆に鞘部に導電性成分を配し非導電性成分
を芯部とした芯鞘複合繊維、特開昭５１−１４３７２６
号公報には導電性成分が繊維表面に部分的に露出するよ
うに配した複合繊維、特開昭５７−２１００１６号公報
には繊維の中間層に導電性成分をリング状に配した複合
繊維、および特公昭６３−５０４４６号公報には導電性
成分を多芯に配した多芯芯鞘複合繊維が提案されてい
る。

【０００３】このような複合繊維は、導電性を得るため
にカーボンブラックを多量に含有するので、製糸性が著
しく不良で、連続紡糸できる時間もカーボンの脱落・蓄
積によるポリマ流路の閉塞が生じ、収率も品質も悪くな
るという問題があった。

【０００４】これはカーボンブラックを高濃度に分散さ
せると、ポリマの溶融粘度が著しく高くなって、もとの
ポリマの数倍にも達し、通常の流動性を示さず、曳糸性
も大幅に低下することに起因している。

【０００５】このような複合糸の製糸性改善として、特
開昭５５−１２８２９号公報では１，２両成分をそれぞ
れ個別の口金吐出孔から溶融吐出し、第１成分の周りに
導電性ポリマを２成分以上融着させる方法が開示されて
いるが、かかる方法では口金吐出以前のポリマ流に対し
何の効果もなく、吐出融着するポリマも少ない吐出量を
更に２つ以上に分割しており、吐出ムラ、融着異常を発
生させ製糸性改善とはなり得ない。

【０００６】さらに、特開昭５５−４５８５１号公報で
はカーボン分散ポリマの押出機からスピンパックに至る
までのパイプライン系における剪断速度を規定する方法
が開示されているが、剪断速度だけでは製糸性、品質、
収率とも安定操業の観点から程遠く、問題解決に至って
いないのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した導電性繊維の従来技術の欠点を解決し、製糸性が良
好で、品質の優れた導電性繊維の製造方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、導
電性カーボンブラックを１５〜５０重量％含有する導電
性ポリマと繊維形成性の非導電性ポリマを複合紡糸して
導電性繊維を製造するに際し、導電性ポリマが通過する
ポリマ配管の内壁粗さを１．５Ｓ以下、口金孔の壁面粗
さを０．８Ｓ以下で、導電性ポリマの導入部から絞り孔
部および吐出部へのテーパー角度を６０度以下となし、
かつその紡糸スタート方法は導電性ポリマが通過するす
べてのポリマ流路にあらかじめ流動性に優れた非導電性
ポリマを満たした後、導電性ポリマに切り替えることを
特徴とする導電性繊維の製造方法によって解決すること
ができる。すなわち、本発明においては導電性カーボン
ブラックを１５〜５０重量％含有する導電性ポリマと繊
維形成性の非導電性ポリマとを複合紡糸して導電性繊維
とする。

【０００９】本発明における導電性としては、公知の導
電性カーボンブラック、例えば、キャポット・カーボン
社製の“バルカン”Ｃ、“バルカン”ＰＦ、“バルカ
ン”ＸＣ７２、“バルカン”ＸＣ７２Ｒ、あるいはコロ
ンビア・カーボン社製の“コンダクテックス”ＳＣなど
を用いることができる。

【００１０】また、本発明における導電性合成重合体と
しては、繊維形成能および帯電防止性能の点からポリア
ミドあるいはコポリアミドが好ましく用いられる。該導
電性合成重合体中に導電性カーボンブラックを分散させ
るには、公知の分散方法、例えば合成重合体の重合時に
分散させる方法を用いることができる。

【００１１】導電性合成重合体中の導電性カーボンブラ
ックの分散量は、帯電防止性能と製糸性の面から１５〜
５０重量％、好ましくは２０〜４０重量％である。該導
電性カーボンブラックの分散量が１５重量％未満では目
的とする導電性が得られず、帯電防止性能が発揮されな
い。一方、５０重量％を越える量にしても、もはや導電
性の向上は認められず、ポリマの流動性が著しく低下し
製糸性が極端に悪化するようになる。

【００１２】本発明における非導電性合成重合体として
は、繊維形成性能の高い合成重合体を用いる必要から、
ポリエステルおよびポリアミドが好適である。

【００１３】複合繊維の中でも、最終用途に至るまでカ
ーボンの脱落のない導電性ポリマが芯成分であり、非導
電性ポリマが鞘成分となっている芯鞘型の複合繊維が有
用である。

【００１４】さらに本発明は、紡糸、延伸工程において
糸切れを大幅に減少させ、収率よく導電性繊維を得るた
め、導電性ポリマの流れるポリマ配管の内壁の粗さを
１．５Ｓ以下にする必要がある。導電性ポリマと接触す
る配管内壁が粗いと、ポリマ流動が阻害され、ポリマ中
に分散しているカーボンブラックが脱落し蓄積する。こ
れが一つの核となって経時的に進行し、更に流れを阻害
させ、著しい時にはポリマ配管を閉塞させる。従って、
ポリマ配管内壁の仕上げ面は密にする程好適で、０．８
Ｓ以下が特に好ましい。ここでいうポリマ配管とは、溶
融部（例えば、エクストルーダー、プレッシャーメルタ
ー）で、溶融された導電性ポリマが溶融状態で通過する
メルター下部からパック入口までのポリマ流路である。

【００１５】次に、導電性ポリマを溶融して最終的には
口金部で複合して糸条となすわけであるが、この導電性
ポリマはカーボンブラックの含有率が高いため流動性が
乏しく、しかも抵抗が大きい。従って、ポリマ配管内を
異常滞留することなくスムースに流すには流動性を上げ
るか、圧損以上の圧力で強制的に流してやることが望ま
しい。その流動性を上げるためには、カーボンブラック
の含有量を下げるか、紡糸温度を上げる方法があるが、
前者は導電性の低下をきたし、後者はベースになる重合
体そのものが熱劣化し、製糸性が不良となるので問題で
ある。この問題に関し、鋭意検討した結果、ポリマ配管
圧損以上の圧力で強制的に押し込むのが特に好ましいこ
とが判明した。即ち、好ましくは２倍以上、より好まし
くは３倍以上、更に好ましくは５倍以上で計量ポンプに
供給する。計量ポンプに達したポリマは所定の吐出量が
計量吐出される。この時の圧力はパックまでの配管圧
損、パック内濾過圧、口金背圧などに負けないように上
述した圧力で供給するのが望ましい。このことにより、
計量ポンプまで所定の吐出量以上のポリマを到達させる
ことができる。

【００１６】次に、本発明において導電性ポリマが通過
する口金孔の孔壁面粗さは０．８Ｓ以下でかつポリマ導
入部から絞り孔部および吐出孔部へのテーパー角度
（θ）は６０度以下とする必要がある。この点、芯鞘複
合紡糸の場合について、図面を参照しながら説明する。
すなわち、図１は本発明における芯鞘複合紡糸口金装置
の一例を示す断面図で、図２は導電性ポリマが通過する
口金孔の一例を示す断面図である。

【００１７】図において、１は導電性ポリマ導入孔、２
は非導電性ポリマ導入孔、３は導電性ポリマの計量絞り
孔、４は非導電性ポリマの計量絞り孔、５は複合ポリマ
の導入孔、６は複合ポリマの吐出孔、θは複合ポリマの
導入部から絞り孔部および吐出孔部へのテーパー角度で
ある。

【００１８】導電性ポリマは３枚構成口金の上部プレー
トＡの導電性ポリマ導入孔１から導入し、中央部プレー
トＢの計量絞り孔３を通り下部プレートＣの複合ポリマ
の導入孔５に導かれる。非導電性の鞘ポリマは上部プレ
ートＡの非導電性ポリマ導入孔２より導入し、中央部プ
レートＢの計量絞り孔４を通り、全周から導電性ポリマ
を包み込むように流入させ芯鞘の複合流を形成し、５の
複合ポリマ導入孔を通過し、複合吐出孔６を経て吐出し
糸条となす。

【００１９】ここでまず重要なことは、導電性ポリマが
通過する口金孔内の孔壁面の粗さであり、０．８Ｓ以下
にする必要がある。この孔壁面の粗さは細かい程良好
で、可能な限り鏡面に近い状態が好ましい。この孔壁面
が０．８Ｓを越える粗さになると、計量絞り孔３により
ポリマ流路が絞り込まれている関係でポリマ流速の変化
が生じる。このため該孔壁面が粗いと、カーボンの脱
落、蓄積が生じ、それが経時と共に進行し、ついにはポ
リマ流路が閉塞されることになる。

【００２０】次に重要なことは、導電性ポリマの導入孔
１から絞り部３および吐出孔部６へのテーパー角度θで
あり、図２にそれらの断面の一例を示した。この角度θ
は６０度以下にする必要があり、更に好ましくは４０度
以下である。究極的には製作が可能であれば、なだらか
なテーパー角度θのまま導入孔１から絞り部３および吐
出孔部６へと導電性ポリマを導くのがよい。この角度θ
が６０度を越えると、角度変化の生じた部分にはポリマ
の滞留部が生じ、カーボンの脱落、蓄積が生じ、ついに
は口金孔が閉塞することになるのである。鞘成分ポリマ
の口金孔については、特別な注意は必要でなく、ナイロ
ンであればナイロンの、ポリエステルであればポリエス
テルの通常使用される複合口金の仕様で十分である。

【００２１】以上のごとく、導電性ポリマが流れやすく
なるように改善を加えても、紡糸におけるスタート方法
に問題があると、導電性ポリマはポリマ配管および口金
孔内をスムースに流れてはくれず、糸切れを多発させた
り、閉塞を起こすことになる。この問題を解決するため
に鋭意研究の結果、次の方法が有効であることをつきと
めた。すなわち、導電性ポリマを用いて紡糸スタートす
る場合には、いきなりメルター、ポリマ配管、口金孔に
導電性ポリマを通してはならない。これら導電性のポリ
マ流路には、紡糸に先立ち流動性の良好な非導電性ポリ
マを流しておき、しかる後、導電性ポリマに切り替える
ことが重要である。

【００２２】このことは、導電性ポリマはカーボン含有
率が高いため流動性が悪く、粘度も高く、流動抵抗も大
きくチクソトロピー現象を起こしやすい。いきなり導電
性ポリマを流すと、極端な場合にはポリマ配管等のポリ
マ流路が閉塞して、全く導電性ポリマが流れず、数時間
で紡糸不可能となる。仮に紡糸できた場合でも導電性ポ
リマの吐出変動に起因する複合異常や糸切れが多発し、
紡糸日数は著しく短くなる。そこで、あらかじめ非導電
性ポリマをポリマ流路、特に導電性ポリマ側の流路に流
しておくと、その非導電性ポリマがあたかも潤滑油の役
目をはたし、導電性ポリマの壁面抵抗を減少させ、流動
性を向上させ、ひいては長時間の安定紡糸が可能となる
のである。

【００２３】ここで用いる潤滑油代りの非導電性ポリマ
は、導電性ポリマから導電性カーボンブラックを除いた
ベースポリマを用いることが好ましい。ベースポリマ以
外の非導電性ポリマを用いる場合には、導電性ポリマと
相溶性のあるポリマとすべきであり、それ以外のポリマ
では糸切れを多発させることがあり好ましくない。

【００２４】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。なお、本例中の物性は次の方法で測定した値であ
る。 電気比抵抗 KAWAGUCHI ELECTRIC WORKS製VE-40 TERAOHM METER を用
いて、２０００Ｄのカセ状試料を乾熱１６０℃×２０分
処理後、１５cmの試料長とし、両端５cmをドータイトで
固定した測定用サンプルを作製し、該サンプルを前記測
定機で測定し、下記式により算出した。 Ｒs （Ω・cm）＝（Ａ×Ｄ×Ｒ）／（Ｌ×Ｅ） Ａ：定数（0.4026） Ｄ：サンプルのデニール（2000D ） Ｒ：測定電流（−log I) Ｌ：試長（cm） Ｅ：印加電圧（500 V ）

【００２５】実施例１ 独立した２基の溶融部およびポリマ計量部を有する複合
紡糸機を用い、導電性ポリマとして導電性カーボンブラ
ックを３５重量％含む硫酸相対粘度２．７０のナイロン
６を用い、繊維形成性の非導電性ポリマとしては固有粘
度［IV］０．６５のポリエチレンテレフタレートを用
い、導電性ポリマを芯成分、非導電性ポリマを鞘成分と
して、芯鞘複合比が芯：鞘＝５：９５の吐出量比で芯鞘
複合繊維とし、紡糸温度２９０℃、紡糸速度１３００ｍ
／分で紡糸し、冷風で冷却後、給油して未延伸糸をドラ
ムに巻き取り、ドローツイスターを用いて延伸速度８０
０ｍ／分で延伸し、２０Ｄ−１Ｆの導電性繊維を得た。
紡糸に先立ち、ポリマ流路には表１に示す非導電性ポリ
マを十分流した。得られた繊維の物性は強度４．５ｇ／
ｄ、伸度４０％、沸水収縮率６％、電気比抵抗１８×１
０² Ω・cmであった。

【００２６】このときに用いた導電性ポリマのポリマ配
管の内壁粗さは０．８Ｓで、ポリマ配管圧損の４倍の圧
力で計量ポンプに供給し、口金孔の壁面粗さは０．４
Ｓ、導入部から絞り孔部および吐出孔部へのテーパー角
度θは３０度の芯鞘複合口金を用いた。同一口金で１５
日間の連続紡糸したが、ポリマ配管および口金孔の閉塞
はなく、紡糸性、延伸性も良好で、糸切れは殆ど発生し
なかった。

【００２７】また、比較例として導電性ポリマの配管の
内壁粗さを変更したもの、導電性ポリマの口金孔壁面粗
さを変更したもの、導電性ポリマの導入部から絞り孔部
および吐出孔部へのテーパー角度を変更したものについ
て、比較評価した。比較評価の方法は連続紡糸日数とポ
リマ配管の閉塞、口金孔の閉塞、芯鞘の複合状態、製糸
操業性状況について評価した。これらの結果を表１に示
した。

【００２８】表１において、実験Ｎｏ．３、４、７、８
は本発明の効果を明確にするための比較例である。

【００２９】以下、実験Ｎｏ．別に詳細に説明する。実
験Ｎｏ．１〜３は、導電性ポリマ側のポリマ配管の内壁
の粗さ３水準０．８Ｓ、１．４Ｓ、３Ｓのものを準備
し、実験水準毎にポリマ配管の総入替えを行い、その他
の項目は変更せずにテストしたものである。実験結果よ
り壁面状態が鏡面に近い程、導電性ポリマの脱落、蓄積
が少なく、実験Ｎｏ．１の０．８Ｓの配管であれば、極
めて満足する結果が得られ、また実験Ｎｏ．２の１．４
Ｓでも操業性、品質とも十分満足できる結果を得た。

【００３０】３Ｓの粗さのものは、３日目で芯ポリマの
吐出量低下が始まり、芯鞘複合状態は芯細が発生し、紡
糸での糸切れも多発した。実験Ｎｏ．４、５は、口金に
おける導電性ポリマが通過する口金孔壁面の粗さを１．
５Ｓ、０．８Ｓと変化させたもので、実験Ｎｏ．１と比
較させてある。該孔壁面を０．４から０．８まで粗さを
変化させても、操業性、品質とも一応許容レベルにある
が、１．５Ｓまで粗くすると、紡糸３日目で芯鞘の複合
状態にバラツキが生じ芯細が発生した。４日目では完全
に芯ポリマのない錘が生じた。従って、安定生産するに
は孔壁面の粗さを０．８Ｓ以下に保つべきことがわか
る。

【００３１】実験Ｎｏ．６、７は、口金孔における導電
性ポリマの導入部から絞り部および吐出孔部へのテーパ
ー角度を６０度、８０度に変化させたもので、実験Ｎ
ｏ．１と対比できるようにしてある。

【００３２】テーパー角度を６０度まで広げたものにつ
いては、実験Ｎｏ．１に比べると、安定操業、品質とも
やや劣るが、許容できるものである。一方、８０度まで
広げたものについては、３日目で複合異常が発生した。
従って、テーパー角度は６０度以下にする必要があり、
カーボンの脱落、蓄積を減少させるには小さい程良好で
あった。

【００３３】実験Ｎｏ．８は、紡糸のスタート方法に関
するもので、導電性ポリマをいきなりポリマ流路に流し
た場合の実験結果である。紡糸をスタートした後、１日
足らずでポリマ配管の閉塞が始まり、芯なし繊維が生じ
る等、実質的に操業不可であった。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【発明の効果】本発明は、導電性カーボンブラックを分
散させた導電性ポリマ、非導電性ポリマとの複合紡糸に
よる導電性繊維の製造において、導電性ポリマの配管、
口金周りの仕様（壁面の粗さ、絞り部のテーパー角度）
および紡糸のスタート方法を特定することにより、操業
性、品質とも極めて良好な導電性繊維の安定生産がはじ
めて可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の芯鞘複合紡糸口金装置の一例
を示す断面図である。

【図２】図２は、導電性ポリマが通過する口金孔の一例
を示す断面図である。

【符号の説明】

１：導電性ポリマ導入孔 ２：非導電性ポリマ導入孔 ３：導電性ポリマ計量絞り孔 ４：非導電性ポリマ計量絞り孔 ５：複合ポリマ導入孔 ６：複合ポリマ吐出孔 θ：テーパー角度 Ａ：上部プレート Ｂ：中央部プレート Ｃ：下部プレート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性カーボンブラックを１５〜５０重量
   ％含有する導電性ポリマと繊維形成性の非導電性ポリマ
   を複合紡糸して導電性繊維を製造するに際し、導電性ポ
   リマが通過するポリマ配管の内壁粗さを１．５Ｓ以下、
   口金孔の壁面粗さを０．８Ｓ以下で、導電性ポリマの導
   入部から絞り孔部および吐出部へのテーパー角度を６０
   度以下となし、かつその紡糸スタート方法は導電性ポリ
   マが通過するすべてのポリマ流路にあらかじめ流動性に
   優れた非導電性ポリマを満たした後、導電性ポリマに切
   り替えることを特徴とする導電性繊維の製造方法。
2. 【請求項２】導電性繊維が導電性ポリマを芯、非導電性
   ポリマを鞘とする芯鞘型複合繊維である請求項１記載の
   導電性繊維の製造方法。