JPS5921964B2 - エレクトレツト化繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は芯に鞘を被覆した繊維、即ち、芯鞘型複合糸を
コロナ放電法によりエレクトレット化したエレクトレッ
ト化繊維に関するものである。

単一の繊維を接地電極に接触させて上方の針状電極から
コロナ放電しても、普通単一の繊維は折れ曲がっている
ために接地電極との接触部位が極めて少なく、その結果
接地電極からの補償電荷の注入生成が少ない。

例えば、針状電極近辺の空気分子がコロナ放電によりイ
オン化し、電子が接地電極上の繊維表面に衝突して注入
される。

この注入電荷は繊維にとって過剰な電荷であるから、電
荷補償の原理（物体が電気的に中和化しようとする性質
）によって繊維裏面が正に帯電しなければならない。

この正電荷は繊維裏面から接地電極を介して電子が逃げ
去ることによって生成されるが、現実には上述したよう
に接地電極との接触が不十分なため、補償電荷が十分に
生成しない。

そのために繊維がコロナ放電による注入電荷により次第
に負に帯電しはじめ、注入電子を反発して電荷注入が阻
害され、十分なエレクトレット化が達成できないという
欠点があった。

同時に、このようにして得られたエレクトレット化繊維
は単一繊維の上下両面に正負電荷が分極して形成されて
いるから、これらの電荷が繊維の円周面上に沿って吸引
し合い、時間経過とともに中和し易いという欠点があっ
た。

つまり、正負電荷は繊維内部を貫通して中和することは
有り得ないが、繊維の外周表面での再結合が生じ、エレ
クトレット電荷の減衰が起り易かった訳である。

本発明者等は表面電荷量が多く、しかも荷電寿命の長い
繊維を得ようとして種々研究した結果、電気比抵抗を１
０−３〜１０１１Ωぼに調整した電気良導体、又は半導
体の物質を芯とし、これに電気絶縁性の高い、比抵抗が
１０１４Ωα以上、好ましくは１０１６Ωぼ以上の物質
、例えば無極性の高分子化合物の鞘を密接して被覆し、
コロナ放電法など適当なエレクトレット化方法でエレク
トレット化して、本発明のエレクトレット化繊維、換言
すれば繊維状エレクトレットを得たのである。

鞘を比抵抗の大きな絶縁体（例えば無極性高分子）、芯
を比抵抗の小さな半導体以上の導電体から構成すると、
エレクトレット電荷、即ち表面電荷量が著大で荷電寿命
を長期化することが可能となる。

この理由は上述した単一繊維のエレクトレット化と比較
すれば明らかである。

即ち、エレクトレット化するときに芯繊維を接地、ない
し外部と電気的導通状態においておけば、鞘繊維にコロ
ナ放電により負電荷が注入されはじめると、その負電荷
と同量の正電荷が導電体である芯繊維表面に無理なく生
成される。

即ち、芯繊維から注入電子と同量の自由電子が導通して
いる接地電極へ逃げ、その結果芯繊維表面に正電荷が生
成される訳である。

したがって、コロナ放電中、鞘繊維表面にはエレクトレ
ット電荷が形成されるが、芯鞘繊維全体としては電気的
に中性であり、従来のように電荷注入を阻害することな
く十分なエレクトレット化、即ち表面電荷量を著大化す
ることが可能となる。

又、完成したエレクトレット化芯鞘繊維においては、靴
外周面に負電荷、芯外周面に正電荷が形成されているた
め、両電荷が中和するためには絶縁体である鞘繊維内部
を貫通して再結合する以外になく、現実にはこのような
ことはほとんど起らない。

このことから荷電寿命が従来と比較して極めて長いこと
が容易に理解される。

上記の説明では便宜上靴が負電荷、芯が正電荷としたが
、この逆であっても原理上同じである。

しかして、これに使用する芯としては炭素や高分子化合
物に導電肚物質を混合したもの等があり、また鞘として
は無極性の高分子化合物、例えばポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリ弗化ビニリデン、四弗化エチレン・エチ
レン共重合体等が適しているが、芯や鞘の断面形状は任
意であり、又芯の内部を中空にしてもよい。

また、芯に鞘を密接して被覆する手段としては、芯及び
鞘の各材料を溶融し、これらの溶融物を紡糸口金から吐
出複合させて芯鞘型複合糸を作る方法や、糸となした芯
を溶融した鞘材の中に浸漬、又は通過させる方法等があ
り、ざらに芯鞘型複合糸をエレクトレット化する手段と
しては、従来公知の熱エレクトレツト法、エレクトロ・
エレクトレット法、ラジオ・エレクトレット法等があり
、これらを適当に使用することができる。

次に、本発明の実施例を述べる。

実施例 １ 芯として直径５０μで比抵抗２．３ Ｘ １０−２Ω鑞
の炭素繊維を、又、鞘材としては、比抵抗３．５×１０
１６Ω儂のアイソタクチック・ポリプロピレン（昭和油
化株式会社製、ＳＨ□ ＪＬ Ａ Ｌ Ｌ ＯＭ Ｅ
Ｒ、ＦＡ３１０）を使用し、普通の紡糸押出機の先端に
被覆用クロスヘッド・ダイを取付け、このグイから溶融
ポリプロピレンを０．２ｍｍ厚のパイプ状にして押出す
と共に、その中心に炭素繊維を位置して押出すようにし
、溶融ポリプロピレンの出口温度が約２３０℃のとき、
紡糸速度１００ｍ／分で得られた芯鞘型複合糸１は、第
１図に拡大して示すように、直径５０μの芯１ａに対し
、鞘１ｂの外径は７０μ、肉厚は１０μである。

この複合糸１を、第２図のように、送出しローラ２を経
てコロナ電極部３の縦に放射状に配置し、かつ横に多数
列設した針状電極３ａから２ｃｒＩＬ離れた中心部を通
し、近似のファラデーゲージ４を経て引取りローラ５を
通過させ、エレクトレット化するが、コロナ電極部３は
６ｍの長さで、その中間を断熱壁６で仕切り、送りロー
ラ２側の部分を被って加熱部７を設けると共に、ファラ
デー・ゲージ４側の部分を被って冷却部８を設け、かつ
該電極部に電源９により一１０ＫＶの電圧を加えて、２
００ｍ／分の速度で進行する複合糸１に１．８秒間コロ
ナ放電を行ない、エレクトレット化繊維１′の表面電荷
密度をファラデー・ゲージで測定して、７、５ Ｘ １
０−’クーロン／ｄを得た。

なお、エレクトレット化のとき、芯を接地して行なうこ
とができる。

実施例 ２ 実施例１と同一の装置を使用し、芯材として粉末状低密
度ポリエチレン（ＩＣＵ’、：ｆ、ＡＬＫＡＴＨＥＮＥ
６８３００ ）に導電性ファーネス・カーボン（ＡＫ
ＺＯ社、Ｋｅｔｊｅｎ ｂｉａｃｋＥｃを添加したも
のを、また鞘材としては、実施例１のポリプロピレンを
使用し、別々の紡糸押出機で溶融して紡糸ヘッドに送り
、１ｌｌｆｆｉのノズルから芯鞘型複合糸１として押出
すが、その出口温度は約２３０℃、紡糸速度１００ｍ／
分で、芯１ａの直径は５０μ、鞘１ｂの外径は７０μ、
肉厚は１０μである。

そして、実施例１と同様にエレクトレットット化するが
、芯材においてファーネス・カーボンの添加量を変えて
得た結果は次の如くである。

また比較例として、芯材に６−ナイロン（東し株式会社
、アミランＣＭ１０３１）及び前記のポリプロピレンを
、鞘材に結晶性ポリエチレン（三井油化株式会社、Ｎｅ
ｏ −Ｚｅｘ ４５１５０ ）をオ＊使用し、実施例２
のように同時紡糸して、芯の直径が５０μ、鞘の外径が
７０μの芯鞘型複合糸を作り、これを実施例１のように
エレクトレット化した結果は次の通りであった。

これらの実施例及び比較例から、芯の比抵抗が１０−４
〜１０１１Ωぼ、鞘の比抵抗が１０１４ 、、Ωの以上
、好ましくは１０１６Ω儒以上である芯鞘型複合糸のエ
レクトレットが高い初期表面電荷密度を有することが判
る。

なお、これらの実施例では、芯が固体の場合であるが、
芯を液体、例えば水、エチルアルコール、アセトン等と
し、これを例えば弗化エチレン・エチレン共重合体の中
空部の中空部に充填した後、その両端を閉じて芯鞘型複
合糸を作り、これをコロナ放電によりエレクトレット化
した処、６．０×１０−９クーロン／−前後の高い初期
表面電荷密度が得られた。

そして、これら実施例のエレクトレット化繊維は、芯１
ａが対極となり、鞘１ｂの表面電荷量と同量で逆極性の
電荷を帯び、その間を高抵抗の鞘で隔てられているから
中和し難く、荷電寿命が著しく長いことを示している。

次に、本発明のエレクトレット化繊維は上記のように初
期表面電荷密度が高く、かつ荷電寿命が長いので、これ
にてはたき、モツプ等の清掃用製品を製作、使用したと
ころ、すぐれた効果のあることを見出した。

前記実施例２の試料第１番と同様に作られた芯直径１０
０μ、靴外径１４０μのエレクトレット化繊維１′を第
４図で示すように、１５．７ｃＩｒＬに切り揃え、その
２０本を束ねて試料１０とし、これをその２倍量のダス
ｔ−（ＪＩＳ８種試験粉体）と共に、５００ｍ１のポリ
容器に入れて、この容器を３０秒間震動させた後、試料
を取出して付着したダスト量を測定した処、次の結果を
得た。

ここに、試料番号１．２．３はコロナ電圧が一６ＫＶの
場合、試料４．５コロナ電圧が一１０ＫＶの場合であり
、ダスト付着率は ダスト付着試料重量−試料初期重量 ×１００ 試料初期重量 である。

イところが
、このエレクトレツｌ−化繊維１’ のエレクトレッ
ト化しない前の芯鞘型複合糸を前記と同様に１５．７Ｃ
ｆＩＬに切り揃え、その２０本を束ねて、前記と同様に
試１験した結果は次の如くで、本発明製品のダスト付着
率が著しく高く、従って除塵効果のすぐれていることが
判る。

しかも、本発明製品はダスト付着後、水中に入れて洗浄
すれば、表面電荷量が減少するので、付着したダストを
容易に除去し得るが、この製品を取出して乾燥すると、
次表のように表面電荷量が裡ぐ著しく回復するため、永
く除塵具として使用することができるし、また表面電荷
量が一定基準以下に減じたときは、再度エレクトレット
化して復旧できる等の特注を有している。

、さらに、本発明のエレクトレット化繊維１′は、第５
図で示すように、枠１１の内部に網状、不織布状、布
状等に張設して気体フィルタ１２となし得る。

即ち、表面電荷を有するエレクトレット化繊維１′ の
交差する間隙に気体、例えば空気を通せば、空気中の浮
遊塵はこの表面電荷により逆極性に荷電されて該繊維に
誘引吸着されるが、該繊維が半永久的に帯電しているか
ら、電圧を補給する電気設備を要しないし、機械的捕捉
でなく電気的捕捉なので、フィルタ構造が充填式でなく
、オープン式のため圧損失が小さく、またダスト・コン
トロール製品のように、フィルタの繊維表面に浮遊塵が
付着堆積したとき、水洗により一時的な表面電荷量の減
少で容易に除塵できると共に、水洗後乾燥すると表面電
荷量が回復するので反復使用することができ、さらに、
表面電荷量が一定基準以下になれば、再びエレクトレッ
ト化して新品同様に使用し得るのである。

第６図はエレクトレット化された芯鞘繊維の表面電荷密
度の経時変化（寿命）を示した片対数グラフで、縦軸は
表面電荷密度、横軸は経過日数である。

鞘繊維は全てポリプロピレンからなり、芯繊維物質とし
て銅線（実線）、四塩化炭素（点線）、ポリプロピレン
（一点鎖線）、空気即ち中空繊維（二点鎖線）、四フフ
化エチレン・エチレン七ノフィラメントの５種類のもの
からなる５本の芯鞘繊維について約３０日間表面電荷密
度が測定された。

初期のエレクトレット化条件は室温下で１０ＫＶ、６０
秒間のコロナ放電である。

図から明らかなように芯物質として比抵抗の小さな銅線
が最も帯電寿命の長いことがわかる。

このことは同時に比抵抗の減少化に応じて寿命の長期化
を意味するが、剛性の大きな金属を芯物質さして使った
場合には繊維として加工しにくい。

したがって、本発明の目的から云って最も適切な芯物質
は炭素繊維または樹脂中に導電性粉末、例えば炭素粉末
を添加して導電計を付与した物質である。

なお、本発明のエレクトレット化繊維は、編織笠により
種々の物を作って利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は芯鞘型複合糸の一端を切断した拡大斜視図、第
２図はコロナ放電エレクトレット化装置の一部切断した
原理図、第３図は第２図のＡ−Ａ線における断面図、第
４図は本発明エレクトレット化繊維の集束体の立面図、
また第５図は本発明気体フィルタの立面図、第６図は表
面電荷の経時変化を示す片対数グラフである。 １・・・・・・芯鞘型複合糸、１ａ・・・・・・該糸の
芯、１ｂ・・・・・・該糸の鞘、１′・・・・・・エレ
クトレット化繊維′、３・・・・・・コロナ電極部、３
ａ・・・・・・針状電極、４・・・・・・ファラデー・
ゲージ、１０・・・・・・エレクトレット化繊維束、１
２・・・・・・気体フィルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素繊維または、導電性粉末を樹脂中に添加したも
   ので、夫々電気比抵抗を１０−３〜１０１０−１１Ω儂
   に調整した芯と、この芯を被覆する樹脂で形成された１
   ０１４Ω儂以上の鞘から成る芯鞘複合繊維をコロナ放電
   法によりエレクトレット化したことを特徴とする清掃用
   エレクトレット化繊維。 ２、特許請求の範囲１に記載せる清掃用エレクトレット
   化繊維を平面格子状に編織成したことを特徴とする清掃
   用エレクトレット化繊維。