JPH09324320A - 導電性繊維およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦等により比較的高電圧の静電気が発生す
る環境下では、導電性を発現することにより優れた制電
性を付与でき、電子機器内部等の比較的低電圧下では導
電率が低くなり回路の短絡などの問題を引き起こすこと
ない導電性繊維とその製造方法を提供する。 【解決手段】 印加電圧５Ｖ／ｃｍにおける導電率が１
×１０^-6Ｓ／ｃｍ以下であり、１０００Ｖ／ｃｍにおけ
る導電率が１０^-5Ｓ／ｃｍ以上である導電性繊維とその
製造方法である。

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
用途および資材用途として用いることのできる導電性繊
維とその製造方法に関する。

【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ために
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、繊維基質自身に導電材料
を使用する方法、導電材料を繊維内部に練り込む方法
(例えば特開昭５７−３９２１３号公報、同５７−１０
６７１６号公報)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基質
表面に埋め込む方法、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。繊維基質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ブレンド紡糸または複
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
電子伝導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）ブレンド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】従来、導電性繊維の開発・工業化において
は、混綿したときの優れた制電性能を発揮するための導
電材の種類、添加量、導電層を繊維表面に露出させると
いった構造あるいは、制電性発現の本質的にかかわる単
繊維の必要な臨界導電率、導電率の向上あるいは混綿量
と制電性能についての検討は種々行われているが、導電
性繊維における電気的性質の弊害については、ほとんど
触れられていなかった。

【０００６】例えば、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、同時に導電性繊維を複合
化した衣料品も流通していることから、制電性の付与の
みならず、電子機器使用環境に対応した電気特性を有す
る導電性繊維に対する潜在ニーズは大きいと推定され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、以上
のような実状にかんがみ、導電性繊維の電気物性を制御
することにより、摩擦等により比較的高電圧の静電気が
発生する環境下では、導電性を発現することにより優れ
た制電性を付与でき、電子機器内部等の比較的低電圧下
では導電率が低くなり回路の短絡などの問題を引き起こ
すことない導電性繊維を提供することにある。つまり、
印加電圧に対応して望ましい導電率を示す導電性繊維と
そ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】本発明者らは、上記目的
を達成するため、鋭意検討した結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、印加電圧５Ｖ／ｃｍにおける導電
率が１×１０^-6Ｓ／ｃｍ以下であり、１０００Ｖ／ｃｍ
における導電率が１０^-5Ｓ／ｃｍ以上である導電性繊維
を第１の要旨とし、導電性繊維の導電層中の導電性微粒
子の体積含有率をかえて測定した導電率の印加電圧依存
性を示したグラフ上の曲線の上に、同曲線を水平移動し
て合成した曲線を重ね、実測できない低印加電圧時の導
電率および導電層中の導電性微粒子体積含有率を決定す
る上記導電性繊維の製造方法を第２の要旨とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。なお、本発明において印加電圧（Ｖ／ｃｍ）、繊維
の導電率（Ｓ／ｃｍ）は以下の方法により得られるもの
である。繊維束より単繊維を取り出し、これを正確に
１．５ｃｍに切断し、端子間距離を正確に１ｃｍに設置
した金属端子に銀ペースト（藤倉化成株式会社製ドータ
イト）により金属端子に繊維端面が銀ペーストで覆われ
るように接着する。２０℃、相対湿度４０ＲＨ％におい
て、この端子間に５０Ｖ、１００Ｖ、２５０Ｖ、５００
Ｖ、１０００Ｖの直流電圧を印加し、端子間の抵抗値Ｒ
（Ω）を超絶縁計（東亜電波株式会社製ＳＭ−８２１
０）により測定して、 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。）より導
電率σ（Ｓ／ｃｍ）を算出する。

【００１０】本発明者らは、導電性繊維中の導電性微粒
子の電気特性を鋭意解析した結果、特定の導電性微粒子
を導電材として用いた導電性繊維の導電率が印加電圧に
対して正の相関性を示すことを見い出した（図１）。

【００１１】そして、導電性微粒子の基準体積含有率を
定め、それより低含有率の曲線を低印加電圧側へ、ま
た、高含有率の曲線を高印可電圧側にそれぞれ水平移動
させると、重ね合わせにより合成曲線（図２）が得ら
れ、印加電圧と導電性繊維中の導電性微粒子の体積含有
率（ただし、複合繊維とした場合は導電層中導電性微粒
子の体積含有率、以下「導電性微粒子体積含有率」と記
す。）との間に換算則が成り立つことを見い出し本発明
に至った。なお、各導電性微粒子体積含有率の曲線を重
ね合わせるために水平移動させた量、すなわち移動係数
は導電性微粒子体積含有率だけの関数となる（図３）。

【００１２】印加電圧−導電性微粒子体積含有率との間
の換算則を利用することにより、導電性微粒子体積含有
率と印加電圧が分かれば、その時の導電性繊維の導電率
を知ることが可能となる。つまり、任意の印加電圧にお
いて必要な導電率を導電層中の導電性微粒子体積含有率
を制御することにより得ることができる。具体的には、
導電性繊維を通常の原綿に混綿し制電性能を発現しよう
とした際、摩擦により発生した静電気のように高印加電
圧時には高い導電率となり、低電圧で作動する電子機器
内に導電性繊維が混入した時は、ショートしない導電率
となるように導電性繊維の電気的性質を設計することが
できる。

【００１３】本発明の導電性繊維は、上述した印加電圧
によって導電率がかわることを利用した、導電性繊維で
あり、この構成により摩擦等により比較的高電圧の静電
気が発生する環境下では、導電性を発現することにより
優れた制電性を付与でき、電子機器内部等の比較的低電
圧下では導電率が低くなり回路の短絡などの問題を引き
起こすことがない導電性繊維が得られるのである。印加
電圧１０００Ｖ／ｃｍの時の繊維の導電率が１０^-5Ｓ／
ｃｍ以下になると混綿後の紡績糸における制電性能発現
が困難となる傾向がある。

【００１４】本発明の導電性繊維の設計は、印加電圧−
導電性微粒子体積含有率との間に換算則が成立すると、
任意の印加電圧、導電性微粒子体積含有率における導電
率の設計が可能となり特に有利である。

【００１５】導電性繊維において、印加電圧−導電性微
粒子体積含有率との間に換算則が成り立つ機構は現在の
ところ定かではないが、電気伝導が重合体薄膜を介して
行われる高電界伝導現象として解釈できる。

【００１６】一般に、金属はオームの法則に従い導電率
は、電圧すなわち電界強度に対する依存性は認められな
い。しかし、重合体の電圧−電流特性はオームの法則に
従う領域に引き続いて電流急増域が現れ、ついに絶縁破
壊が生じると言われている。電流急増域において電気伝
導が電界に依存するメカニズムとしては、空間電荷制限
伝導、プール−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提案されている（「静電気ハンド
ブック」第一版第１１９頁〜第１２７頁、静電気学会
編、オーム社発行）。

【００１７】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、導電性微粒子は重合体薄膜に覆われ
た状態であると推定され、電気伝導が重合体薄膜を介し
て行われるため、重合体の電気特性が反映しているもの
と推定される。

【００１８】本発明者らは、導電性繊維において印加電
圧−導電性微粒子体積含有率間の換算則の成立を左右し
ているのは、導電性微粒子同士の接触界面に存在する重
合体薄膜の材質と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
存在する重合体薄膜の材質の固有抵抗値と厚みが大きく
なれば、絶縁体に近くなる。導電性微粒子の接触界面に
おける重合体薄膜の電気特性が、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
存性を示すためには、重合体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、重合体薄膜の厚
みを制御することにより実現できる。なお、重合体薄膜
の材質については、電子電導しない材料であればよいと
考えている。

【００１９】この重合体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、導電層中の導電
性微粒子体積含有率である。導電性粒子同士の凝集を考
えない理論的な導電性粒子の粒子間距離（重合体薄膜の
厚み）は導電層中の導電性微粒子体積含有率により一義
的に定まる。しかしながら、実際の導電性微粒子は、粒
子径により比表面積が変化し、導電性微粒子同士の凝集
性が変化するので、粒子同士の粒子間距離（重合体薄膜
の厚み）が変わる。そこでもう一つの因子として、導電
性微粒子の粒子径を考慮する必要がある。

【００２０】導電性繊維において、印加電圧−導電性微
粒子体積含有率との間に換算則が成り立つために好まし
い値は、導電性１０^-3Ｓ／ｃｍ以上、平均粒子径０．０
１〜５μｍの導電性微粒子の導電層中の体積含有率が１
５〜７０体積％であることである。更に好ましいのは、
上記の導電性微粒子が導電層中に２０〜６０体積％含有
されていることである。

【００２１】導電性微粒子の導電性が１０^-3Ｓ／ｃｍ未
満では、本発明の導電性繊維の導電性発現が困難とな
る。このような導電性微粒子としては、一般に、鉄、
銅、アルミニウム、鉛、スズ、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）、Ａ
ＴＯ（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性微粒子、等が挙げられる。
より具体的には、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例示できる。

【００２２】また、導電層中の導電性微粒子の体積含有
率が１５体積％未満になると、導電性の発現に繊維間の
ムラの発生する割合が急激に上昇するし、逆に、この導
電性微粒子体積含有率が７０体積％を超えると、導電性
微粒子同士の接触間距離が短くなり粒子間距離（重合体
薄膜の厚み）が薄くなり過ぎ、導電率の印加電圧依存性
は認められない傾向にあり、さらに、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繊維間のム
ラの発生する割合が上昇する。

【００２３】そして、繊維中の導電層中の導電性微粒子
の平均粒子経が０．０１μｍ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重合体薄膜の厚
みが薄くなり過ぎ、導電率の印加電圧依存性が小さくな
る傾向にある。一方、５μｍを超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。

【００２４】導電性繊維の基質は特に限定されないが、
一般に、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重合体、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
溶剤可溶性重合体などを用いることができ、溶融紡糸ま
たは溶液紡糸により紡糸される。

【００２５】印加電圧−導電性微粒子体積含有率との間
に換算則が成り立つためにさらに好ましい条件として
は、導電性微粒子の平均粒子径、導電性微粒子の導電層
中の導電性微粒子体積含有率が上記範囲内であって導電
性微粒子が導電層に集中することのできる複合繊維、特
に芯鞘複合繊維の芯部に導電性微粒子を練り込んだ導電
性繊維であることが挙げられる。

【００２６】導電性微粒子は芯部に含有させることが、
紡糸工程および紡績工程などの加工工程の工程通過性の
面から好ましい。導電性微粒子を鞘部に含有させたので
は上記工程通過性が著しく悪化すると同時に、衣料用途
等に使用した場合、着用感が悪いなどの欠点がある。

【００２７】芯鞘複合繊維の芯／鞘体積比率は、特に限
定されないが、５／９５〜６０／４０好ましくは１０／
９０〜５０／５０が望ましい。６０／４０を超えると、
芯鞘構造が崩れ目的とする繊維が得られなくなる傾向が
ある。

【００２８】繊維を形成する基質重合体は、電子電導し
ない重合体であればよく特に限定されないが、一般に、
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重合体、アクリロニトリル系
重合体、レーヨン、ポリウレタンなどに代表される溶剤
可溶性重合体などを用いることができる。また、さらに
場合によっては、紡糸性向上、導電性向上などの目的
で、他の重合体、化合物、添加物などを使用しても良
い。

【００２９】基質重合体としてアクリロニトリル系重合
体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
対応できるので好ましい。また、繊維の基質重合体がア
クリロニトリル系重合体からなり、繊度が１〜３０ｄの
範囲にあることがさらに好ましい。繊度が１ｄ未満であ
ると紡糸性が不良となり、３０ｄを超えると混綿後の紡
績糸の風合いが悪くなる傾向にある。

【００３０】アクリロニトリル系重合体は、通常のアク
リル繊維を構成する重合体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。重合体の中のアクリロニ
トリル体積含有率が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い、本発明の目的に
適合しない。

【００３１】アクリロニトリル系重合体の共重合成分と
しては、通常のアクリル繊維を構成する共重合モノマー
であれば特に限定されないが、例えば、以下のモノマー
が挙げられる。

【００３２】すなわち、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であ
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。

【００３３】アクリロニトリル系重合体の分子量は特に
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１０
０万を越えると紡糸原液の最適粘度を与える重合体濃度
が低くなり、生産性が低下する傾向にある。

【００３４】アクリロニトリル系重合体の溶媒として
は、アクリロニトリル系重合体を溶解する溶媒であれば
特に限定されないが、このような溶媒として、例えば、
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ーブチロラク
トン及びアセトン等が挙げられる。

【００３５】本発明の繊維を得るために用いる紡糸法と
しては特に限定されず、溶融紡糸、溶液紡糸法等の一般
的な紡糸法が挙げられる。より具体的には、アクリロニ
トリル系重合体の紡糸法として湿式紡糸法、乾湿式紡糸
法、乾式紡糸法などが挙げられる。

【００３６】

【実施例】以下に、本発明を実施例によりさらに具体的
に説明する。 （実施例１〜５）アクリロニトリル９３．１ｗｔ％、酢
酸ビニル６．９ｗｔ％からなるアクリル系重合体（分子
量１5万）と導電性微粒子（三菱マテリアル株式会社製
粒状導電性酸化チタンＷ−Ｐ（平均粒径０．２μｍ、導
電率０．４Ｓ／ｃｍ）との混合比率はかえるが、紡糸原
液中の固形分はどの場合も５０重量％となるようにジメ
チルホルムアミドに溶解し、アクリル系重合体と導電性
微粒子の混合割合の異なる紡糸原液（Ａ１〜Ａ５）を得
た。

【００３７】アクリロニトリル９３．１ｗｔ％、酢酸ビ
ニル６．９ｗｔ％からなるアクリルニトリル系重合体
（分子量１５万）を濃度２５ｗｔ％となるようにジメチ
ルホルムアミドに溶解し紡糸原液（Ｂ）を得た。

【００３８】紡糸原液Ａ１とＢとを別々に１３０℃に加
熱した後、孔数４００、孔径０．２ｍｍφの芯鞘紡糸口
金を用いて紡糸原液Ａ１は芯側、紡糸原液Ｂは鞘側から
２３０℃の不活性ガス中に芯／鞘体積比率が２５／７５
となるように吐出した。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、２
０％収縮した。この操作を紡糸原液Ａ１の代わりに紡糸
原液Ａ２〜Ａ５をそれぞれ用いて行い、合計５種類の繊
維を得た。得られた繊維の繊度は、いずれの場合も３デ
ニールであった。

【００３９】各繊維の導電率を印加電圧を５０、１０
０、２５０、５００、１０００Ｖ／ｃｍとかえて測定
し、表１に示した。また、印加電圧が５Ｖ／ｃｍのとき
の導電率および１×１０^-7Ｓ／ｃｍ以下の導電率につい
ては実測ができないので図１〜３より導電率を読みとっ
た。

【００４０】

【表１】

【００４１】各導電性微粒子体積含有率の導電性繊維の
５０〜１０００Ｖの印加電圧での導電率をプロットした
グラフを図１に示した。実施例で得られた繊維の導電率
には、印加電圧に対して正の相関性が認められた。

【００４２】また、４３体積％を基準導電性微粒子体積
含有率として、それより低濃度の曲線を左方へ水平移動
させた時の合成曲線を図２に示した。これより印加電圧
−導電性微粒子体積含有率との間に換算則が認められる
ことが判った。

【００４３】さらに、各導電性微粒子体積含有率の曲線
を重ね合わせるために移動させた量（ｌｏｇＶ）を移動
係数とし、移動係数と導電性微粒子体積含有率の関係を
図３に示した。これより換算則に矛盾がないことと移動
係数が濃度だけの関数となることが分かった。

【００４４】（比較例）導電性微粒子としてカーボンブ
ラック（三菱化学株式会社製＃４０（平均粒子径２．７
×１０^-2μｍ，導電率０．４Ｓ／ｃｍ）を用いたほか
は、実施例で用いたのと同じアクリロニトリル系重合体
を用い，実施例１と同じ芯／鞘体積比率、芯部中の導電
性粒子体積含有率となるように紡糸原液をを調製して繊
度３デニールの繊維を得た。得られた繊維の導電率を表
１に併せて示した。

【００４５】

【発明の効果】本発明の導電繊維は、その電気物性を制
御することにより、摩擦等により比較的高電圧の静電気
が発生する環境下では、導電性を発現することにより優
れた制電性を付与されており、電子機器内部等の比較的
低電圧下では導電率が低くなり回路の短絡などの問題を
引き起こすことない導電性繊維である。また、本発明の
導電性繊維の製造方法は、実測することが不可能な低印
加電圧時の導電率および導電性微粒子の体積含有率を決
定でき本発明の導電性繊維を得るのに好都合である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で得られた導電性繊維の導電率の印加電
圧依存性を示したグラフである。

【図２】図１において導電性微粒子含有率４３体積％を
基準として、それより低濃度の曲線を左方へ水平移動さ
せた時の合成曲線を示したグラフであるである。

【図３】図２において各導電性微粒子体積含有率の曲線
を重ね合わせるために移動させた量（ｌｏｇＶ；移動係
数）と導電性微粒子体積含有率の関係を示したグラフで
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松中 光広 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加電圧５Ｖ／ｃｍにおける導電率が１
   ×１０^-6Ｓ／ｃｍ以下であり、１０００Ｖ／ｃｍにおけ
   る導電率が１０^-5Ｓ／ｃｍ以上である導電性繊維。
2. 【請求項２】 導電性繊維の導電層中の導電性微粒子の
   体積含有率をかえて測定した導電率の印加電圧依存性を
   示したグラフ上の曲線の上に、同曲線を水平移動して合
   成した曲線を重ね、実測できない低印加電圧時の導電率
   および導電層中の導電性微粒子体積含有率を決定する請
   求項１記載の導電性繊維の製造方法。