JPH09228148A

JPH09228148A - 導電性繊維

Info

Publication number: JPH09228148A
Application number: JP8027093A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kawachi; 博之河内; Yasuo Yanagi; 康夫柳; Hiroshi Hosokawa; 宏細川; Mitsuhiro Matsunaka; 光弘松中
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】通常原綿に混綿して紡績糸となした場合にお
いて、摩擦による高い摩擦帯電圧の条件下では、除電に
必要な高い導電性を示すが、電子機器の作動する電圧
（通常数十ボルト以下）の条件下では、絶縁体に近い導
電率を示し、電子機器内部に混入しても回路の短絡の原
因となることがない導電性繊維を提供する。【解決手段】平均粒子径が０．０１〜５μｍの導電性
微粒子を導電層に１５〜７０体積％含有し、印加電圧１
０００Ｖにおける導電率が１０^-4Ｓ／ｃｍ以上であり、
印加電圧５０Ｖにおける導電率が１０^-3〜１０^-9Ｓ／ｃ
ｍであって、印加電圧１０００Ｖにおける導電率が印加
電圧５０Ｖにおける導電率よりも対数値差で１〜５良好
である導電性繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衣料、インテリア
用途及び資材用途等として好適に用いられる導電性繊維
に関する。

【０００２】

【従来の技術】導電性繊維は静電気を除去する目的で工
業用および家庭用に広く使用されており、静電気爆発の
回避、電子部品の故障防止、衣服のまとわりつき防止、
冬場の低湿度期に顕著な衣類、マット、カーペットなど
の摩擦帯電に起因するスパーク発生の回避などの為には
必要不可欠な材料となっている。

【０００３】従来、導電性繊維は繊維表面に導電材料を
後加工により複合化する方法、繊維自身に導電材料を使
用する方法、導電材料を繊維内部に練り込む方法などに
より生産され、各分野で使用されてきた。例えば、後加
工技術としてはカーボンブラックまたは金属（化合物）
などの導電性微粒子を繊維表層に埋め込む方法、銅化合
物などの金属化合物を含浸した後に化学処理することに
より硫化銅、沃化銅などの導電性金属化合物を繊維内部
または表層に析出させる方法などが知られている。繊維
自身に導電材料を使用する方法としては、金属繊維を用
いる方法、炭素繊維を用いる方法などが知られている。
導電材料を繊維内部に練り込む方法としては、カーボン
ブラックまたは金属（化合物）などの導電性微粒子を混
合紡糸または複合紡糸などの方法により複合化する方法
が知られている。

【０００４】カーボンブラック、金属（化合物）などの
導電性物質を使用する方法では、これらの物質を単体で
使用する場合であれ、または通常の繊維に複合化する方
法であれ、得られた導電性繊維は通常の繊維に少量（一
般的には１％前後）混合するだけで繊維加工品に制電性
を付与できるという優れた特徴を有する。

【０００５】導電性繊維の研究においては、混綿したと
きの優れた制電性能を発揮するために単繊維の導電率の
向上、あるいは導電層を繊維表面に露出させるといった
構造の検討は種々行われているが、反面導電性繊維の欠
点に関しては、導電性微粒子の高単価に伴う製造コスト
の増大あるいは導電層の剥離、脱落といった繊維物性に
かかるものがほとんどで、本質の電気物性に関する欠点
については、全く検討されていないのが現状である。

【０００６】電気物性において本発明者等が懸念してい
る欠点とは、導電性繊維が電子機器内部に混入した場合
に生じる恐れのある回路の短絡である。一般に電子伝導
性物質を含む導電性繊維は、高い導電性を示す。このよ
うな導電率の高い繊維が電子機器内部に混入し、基盤あ
るいは配線上に存在すると回路が短絡し誤操作の原因に
なる恐れがある。特に、昨今身の回りにはパソコン、ワ
ープロ等、電子回路で構成される機器が普及し、また、
導電性繊維を複合化した衣料品も流通していることか
ら、導電性繊維の混入による電子機器の誤動作など種々
の問題の発生が懸念される。しかしながら、これまで導
電性繊維のこのような欠点は全く触れられていないのが
現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、通常原綿に
混綿して紡績糸となした場合において、摩擦による高い
摩擦帯電圧の条件下では、除電に必要な高い導電性を示
すが、電子機器の作動する電圧（通常数十ボルト以下）
の条件下では、絶縁体に近い導電率を示し、電子機器内
部に混入しても回路の短絡の原因となることがない導電
性繊維の提供を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、平均粒子径が
０．０１〜５μｍの導電性微粒子を導電層に１５〜７０
体積％含有し、印加電圧１０００Ｖにおける導電率が１
０^-4Ｓ／ｃｍ以上であり、印加電圧５０Ｖにおける導電
率が１０^-3〜１０^-9Ｓ／ｃｍであって、印加電圧１００
０Ｖにおける導電率が印加電圧５０Ｖにおける導電率よ
りも対数値差で１〜５良好であることを特徴とする導電
性繊維によって上記課題を解決するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者等は、導電性微粒子を高
濃度に練り込む方法により得られた導電性繊維の電気特
性を鋭意解析した結果、導電性微粒子の粒径と導電層に
おける体積分率を制御することにより、導電率が印加電
圧に依存する導電性繊維が得られることを見い出した。

【００１０】導電性微粒子を練り込む方法により得られ
た導電性繊維において、印加電圧に対して導電率が変化
する機構は現在のところ定かではないが、電気伝導がポ
リマー薄膜を介して行われる高電界伝導現象として解釈
できる。一般的には金属はオームの法則に従い電圧つま
り電界強度に対して依存性は認められない。しかし、ポ
リマーの電圧−電流特性はオーム則領域に引き続いて電
流急増域が現われ、ついに絶縁破壊が生じる。電流急増
域を示す高電界の電気伝導の電界依存性に関する電気伝
導機構としては、空間電荷制限伝導、プールーフレンケ
ル伝導、ホッピング伝導あるいは電子なだれ伝導等が示
されている（静電気ハンドブック第一版Ｐ１１９−１２
７静電気学会編オーム社発行）。導電性微粒子を練
り込む方法により得られた導電性繊維では、導電性微粒
子はポリマー薄膜に被われた状態であると推定され、電
気伝導がポリマー薄膜を介して行われる為、ポリマーの
電気特性が反映しているものと推定される。

【００１１】本発明者等は、導電性繊維において導電率
の印加電圧依存性を左右しているのは、導電性微粒子同
士の接触界面に存在するポリマー薄膜の厚みであると推
定している。すなわち、導電性微粒子が直接接触する状
態であれば、金属と同様の電気特性となり、導電性微粒
子同士の接触界面に存在するポリマー薄膜の厚みが大き
くなれば、絶縁体に近くなる。導電性微粒子の接触界面
におけるポリマー薄膜の電気特性が、オームの法則から
はずれ非線形的に増加、つまり導電率の印加電圧に対す
る依存性を示す為には、ポリマー薄膜の両端にかかる電
界強度を電流急増域に設定する必要があり、ポリマー薄
膜の厚みを制御することにより実現したと推定してい
る。ここで、ポリマー薄膜の厚みに関係する因子として
は、次の二つが挙げられる。一つは、導電性微粒子の粒
子径であり、粒子径により比表面積、つまり導電性微粒
子同士の凝集性が変化し、粒子同士の接触間距離（ポリ
マー薄膜の厚み）が変わる。他の一つは、芯部における
導電性微粒子の体積分率である。理論的な接触間距離は
体積分率により一義的に定まる。つまり、粒子同士の接
触界面のポリマー薄膜の厚みは、以上の二つの因子によ
り制御可能であり、それぞれ適切な値、具体的には、導
電性微粒子の平均粒子径が０．０１〜５μｍ、導電性微
粒子の導電層に占める割合が１５〜７０体積％の範囲に
することにより電界依存性を示す導電性繊維が得られて
いることを見い出したのである。

【００１２】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明においては、繊維中の導電層に存在する導電性微粒
子の平均粒子径は０．０１〜５μｍである。この粒子径
が０．５μｍ未満になると、導電性微粒子の比表面積が
大きくなり導電性微粒子同士の凝集性が大きくなるため
粒子同士の接触界面のポリマー薄膜の厚みが薄くなり過
ぎ、印加電圧に対して依存性が認められなくなる。一
方、５μｍを越えると紡糸ノズル圧の上昇が起こり、繊
維への複合化が困難となる。

【００１３】導電性微粒子の導電層に占める割合は１５
〜７０体積％であり、より好ましくは２０〜６０体積％
である。導電性微粒子の導電層に占める割合が１５体積
％未満になると、導電性の発現にムラの発生する割合が
急激に上昇する。逆に、この割合が７０体積％越える
と、粒子同士の接触間距離が短くなり粒子同士の接触界
面のポリマー薄膜の厚みが薄くなり過ぎ、印加電圧に対
して依存性が認められなくなる。また、紡糸性が急激に
悪化するなどの理由で、同様に導電性の発現にムラの発
生する割合が上昇する。

【００１４】印加電圧１０００Ｖにおける導電率が印加
電圧５０Ｖにおける導電率よりも対数値差で１〜５だけ
良好であることによって電解依存性を示すが、印加電圧
１０００Ｖにおける導電率は１０^-4Ｓ／ｃｍ以上であ
り、且つ印加電圧５０Ｖにおける導電率は１０^-3〜１０
^-9Ｓ／ｃｍである必要がある。印加電圧１０００Ｖの時
の繊維の導電率が１０^-4Ｓ／ｃｍ未満では、混綿後の紡
績糸における制電性能発現が困難となる。印加電圧５０
Ｖにおける導電率が１０^-3Ｓ／ｃｍを越えると電子機器
内部に混入した時に回路の短絡の原因となり、一方、導
電率が１０^-9Ｓ／ｃｍ未満になると、実質的に印加電圧
１０００Ｖにおける導電率が１０^-4Ｓ／ｃｍ以上となる
繊維を得ることができない。尚、本発明で使用する導電
性微粒子の導電率は、１０^-3Ｓ／ｃｍ以上であることが
好ましく、１０^-3Ｓ／ｃｍ未満になると、導電性発現が
困難となる。

【００１５】本発明において使用される導電性微粒子と
しては、一般に、鉄、銅、アルミニウム、鉛、錫、金、
銀、ニッケルなどに代表される金属類およびそれらの酸
化物、硫化物、カルボニル塩、またＩＴＯ（インジウム
・スズ酸化物）、ＡＴＯ（アンチモン・スズ酸化物）、
酸化亜鉛などの導電性金属酸化物及びこれらを硫酸バリ
ウム、酸化チタン、チタン酸カリ、アルミニウムの担体
微粒子にコーティングしたセラミックス系導電材等が挙
げられるが、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、ＡＴ
Ｏ（アンチモン・スズ酸化物）、酸化亜鉛などの導電性
金属酸化を酸化チタンの担体微粒子にコーティングした
粒状導電性セラミックスが好適に用いられる。

【００１６】本発明の導電性繊維を形成する重合体は特
に限定されず、ポリエステル、ナイロン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等に代表される熱溶融性ポリマー、
ポリアクリロニトリル、レーヨン、ポリウレタンなどに
代表される溶剤可溶性ポリマーなどを用いることができ
るが、アクリロニトリル系ポリマーを用いることにより
風合い、外観、発色性等に優れ、衣料分野で最も制電性
の要求度の高いセーター用途等に対応できる。また繊維
の繊度としては１〜３０ｄが適当である。

【００１７】アクリロニトリル系ポリマーは、通常のア
クリル繊維を構成するポリマーであれば特に限定されな
いが、モノマー構成としてアクリロニトリルを５０重量
％以上含有することが望ましい。ポリマーの中のアクリ
ロニトリル含有率が５０重量％未満であると、原糸が本
来のアクリル繊維としての特性を失う。

【００１８】アクリロニトリルの共重合成分としては、
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソ
プロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸２−エチ
ルヘキシル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリ
ル酸ヒドロキシプロピルなどに代表されるアクリル酸エ
ステル類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、
メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、
メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、ｎ
−ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル
酸ラウリル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタ
クリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ジエチルア
ミノエチルなどに代表されるメタクリル酸エステル類、
アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、
アクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、ジア
セトンアクリルアミド、スチレン、ビニルトルエン、酢
酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、
臭化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデンなど
の不飽和モノマーが挙げられる。さらに、染色性改良な
どの目的でｐ−スルホフェニルメタリルエーテル、メタ
リルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン
酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン
酸、およびこれらのアルカリ金属塩などを共重合しても
良い。

【００１９】アクリロニトリル系ポリマーの分子量は特
に限定されないが、分子量１０万以上かつ１００万以下
が望ましい。分子量１０万未満では、紡糸性が低下する
と同時に原糸の糸質も悪化する傾向にある。分子量が１
００万を越えると紡糸原液の最適粘度を与えるポリマー
濃度が低くなり、生産性が低下する傾向にある。

【００２０】アクリロニトリル系ポリマーの溶媒として
は、硝酸（水溶液）、塩化亜鉛水溶液、ロダン塩水溶
液、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジ
メチルスルホキシド、エチレンカーボネート、γ−ブチ
ロラクトン及びアセトン等が挙げられる。

【００２１】本発明の導電性繊維の繊維構造としては、
芯鞘複合繊維が好ましい。その際、粒子状導電性セラミ
ックスは芯部に存在する必要がある。粒子状導電性セラ
ミックスが鞘部に存在すると、紡糸工程および紡績工程
などの加工工程の工程通過性が悪化すると同時に、衣料
用途等に使用した場合、着用感が悪いなどの欠点を生じ
る。芯鞘複合繊維の芯／鞘体積比率は、５／９５〜６０
／４０、より好ましくは１０／９０〜５０／５０であ
る。芯部が６０％を越えると、芯鞘構造が崩れるので好
ましくない。

【００２２】

【実施例】以下実施例により、本発明を更に具体的に説
明する。尚、実施例及び比較例における繊維の導電率は
以下の方法により測定した。

【００２３】（導電率の測定）繊維束より単繊維を取り
出し、これを正確に１ｃｍ離して銀ペースト（藤倉化成
株式会社製ドータイト）により金属端子に接着する。２
０℃、相対湿度４０ＲＨ％において、この端子間に１０
００Ｖ及び５０Ｖの直流電圧を印加し、端子間の抵抗値
Ｒ（Ω）を超絶縁計（ＳＭ−８２１０東亜電波株式会
社製）により測定する。導電率σ（Ｓ／ｃｍ）は次式に
よって求める。 σ＝１／（１．１１×１０^-6×Ｒ×（ｄ／ρ））ここで、ｄは繊度、ρは繊維の比重である。

【００２４】（実施例１〜７、比較例１、２）粒子径
０．２μｍ、比重４．６の導電性酸化チタン（Ａ）（Ｗ
−Ｐ：三菱マテリアル社製）とアクリロニトリル９３．
１ｗｔ％、酢酸ビニル６．９ｗｔ％のアクリロニトリル
系重合体（Ｂ）（分子量１５万）とをジメチルアセトア
ミドに添加混合後、ボールミルで約２０時間分散処理を
行って芯部を形成する紡糸原液を調整した。一方、アク
リロニトリル９３．１ｗｔ％、酢酸ビニル６．９ｗｔ％
のアクリロニトリル系重合体（分子量１５万）を濃度２
５ｗｔ％となるようにジメチルアセトアミドに溶解し
て、鞘部を形成する紡糸原液を調整した。

【００２５】芯部形成紡糸原液と鞘部形成紡糸原液を別
々に加熱した後、孔数２００、孔径０．３ｍｍφの芯鞘
紡糸口金より、４０℃の５５％ジメチルアセトアミド水
溶液からなる凝固液中へ、液面上５ｍｍの位置から吐出
して半乾湿式紡糸法で紡糸し、熱水中で脱溶媒処理を施
し、油剤付与、乾燥、湿熱緩和処理を行った。得られた
繊維の繊度は３デニールであった。ここで、芯鞘体積比
率を種々変化させた時の印加電圧１０００Ｖにおける導
電率Ｃ、印加電圧５０Ｖにおける導電率Ｄ及び導電率Ｃ
とＤの対数値差等を測定し、表１に示した。

【００２６】（比較例３）粒子径２４ｎｍ、比重１．８
のファーネスブラック（Ｊ）（三菱化学（株）製）とア
クリロニトリル９３．１ｗｔ％、酢酸ビニル６．９ｗｔ
％のアクリロニトリル系重合体（Ｂ）（分子量１５万）
とをジメチルアセトアミドに添加混合後、ボールミルで
約２０時間分散処理を行って、芯部を形成する紡糸原液
を調整した。一方、アクリロニトリル９３．１ｗｔ％、
酢酸ビニル６．９ｗｔ％のアクリロニトリル系重合体
（分子量１５万）を濃度２５ｗｔ％となるようにジメチ
ルアセトアミドに溶解して、鞘部を構成する紡糸原液を
調整した。

【００２７】芯部形成紡糸原液液と鞘部形成紡糸原液を
別々に加熱した後、孔数２００、孔径０．３ｍｍφの芯
鞘紡糸口金より、４０℃の５５％ジメチルアセトアミド
水溶液からなる凝固液中へ、液面上５ｍｍの位置から吐
出して半乾湿式紡糸法で紡糸し、熱水中で脱溶媒処理を
施し、油剤付与、乾燥、湿熱緩和処理を行った。得られ
た繊維の繊度は３デニールであった。得られた繊維の印
加電圧１０００Ｖにおける導電率Ｃ、印加電圧５０Ｖに
おける導電率Ｄ及び導電率ＣとＤの対数値差等を測定
し、表１に示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】（実施例８〜１４、比較例４、５）粒子径
０．２μｍ、比重４．６の導電性酸化チタン粒状導電性
酸化チタン（Ｅ）（石原産業株式会社製ＥＴ−５００
Ｗ）とアクリロニトリル９３．５重量％、アクリル酸メ
チル６．０重量％、メタリルスルホン酸ソーダ０．５重
量％からなるアクリル系重合体（Ｆ）（分子量１６万）
をジメチルホルムアミドに添加混合後、ボールミルで約
２０時間分散処理を行って、芯部を構成する紡糸原液を
調整した。一方、アクリロニトリル９３．１ｗｔ％、酢
酸ビニル６．９ｗｔ％のアクリロニトリル系重合体（分
子量１５万）を濃度３０ｗｔ％となるようにジメチルホ
ルムアミドに溶解して、鞘部を構成する紡糸原液を調整
した。

【００３０】鞘部形成紡糸原液と芯部形成紡糸原液を別
々に１３０℃に加熱した後、孔数４００、孔径０．２ｍ
ｍφの芯鞘紡糸口金を用いて２３０℃の不活性ガス中に
吐出した。この際、芯部と鞘部の紡糸原液の吐出比率を
種々変更した。得られた未延伸糸を引き続き、１００℃
の熱水中で３．７５倍に延伸し、さらに９５℃の熱水中
で洗浄した。得られた繊維束は無緊張状態下に相対湿度
４０％、温度１５０℃で乾燥、緩和処理し、２０％収縮
させた。得られた繊維の繊度は３デニールであった。得
られた繊維の印加電圧１０００Ｖにおける導電率Ｇ、印
加電圧５０Ｖにおける導電率Ｈ及び導電率ＧとＨの対数
値差等を測定し、表２に示した。

【００３１】

【表２】

【００３２】

【発明の効果】本発明の導電性繊維は、通常原綿に混綿
して紡績糸となした場合において、摩擦による高い摩擦
帯電圧の条件下では、除電に必要な高い導電性を示す
が、電子機器の作動する電圧（通常数十ボルト以下）の
条件下では、絶縁体に近い導電率を示し、電子機器内部
に混入しても回路の短絡の原因となることがない。

フロントページの続き (72)発明者松中光弘広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨン株式会社大竹事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒子径が０．０１〜５μｍの導電性
微粒子を導電層に１５〜７０体積％含有し、印加電圧１
０００Ｖにおける導電率が１０^-4Ｓ／ｃｍ以上であり、
印加電圧５０Ｖにおける導電率が１０^-3〜１０^-9Ｓ／ｃ
ｍであって、印加電圧１０００Ｖにおける導電率が印加
電圧５０Ｖにおける導電率よりも対数値差で１〜５良好
であることを特徴とする導電性繊維。
【請求項２】導電性繊維が粒子状導電性セラミックス
を芯部に含有するアクリル芯鞘複合繊維である導電性繊
維。