(57)【要約】【課題】伝導性であり、剥落せず、また、脆弱でなく且つ、優れた物理的性質を有する多要素ヤーンを提供する。【解決手段】第一の要素と、第二の要素２４とを有する多要素伝導性ヤーン１８である。第一の要素は、重合系材料で形成された少なくとも１つの細長いフィラメント１２から成る一方、第二の要素２４は、重合系材料とカーボンナノチューブとの混合体から成っている。第二の要素２４は、その長さに沿って第一の要素に接着される。カーボンナノチューブは、第二の要素２４の２０％まで含まれる。伝導性ヤーン１８は、ナノチューブを１０％以下だけ備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の要素及び第二の要素を備える多要素伝導性ヤーンにおいて、
前記第一の要素が重合系材料にて形成された少なくとも１つの細長いフィラメントから成り、
前記第二の要素が、その長さに沿って前記第一の要素と接着された重合系材料及び炭素の混合体から成り、
前記第二の要素の前記炭素材料が、前記第二の要素の２０％までの重量比のカーボンナノチューブを備え、
前記伝導性ヤーンが、１０％以下のカーボンナノチューブを備える、多要素伝導性ヤーン。
【請求項２】
請求項１のヤーンにおいて、前記第一の要素の前記重合系材料が、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＰＰＳ及びＰＥＥＫの少なくとも１つにて形成される、ヤーン。
【請求項３】
請求項１のヤーンにおいて、前記第二の要素の前記重合系材料が、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＰＰＳ及びＰＥＥＫの少なくとも１つを少なくとも８０％、含む、ヤーン。
【請求項４】
請求項１のヤーンにおいて、前記第二の要素が、前記第一の要素の前記フィラメントに接着され且つ、該フィラメントを取り巻くシースを備える、ヤーン。
【請求項５】
請求項１のヤーンにおいて、前記第二の要素が、その長さに沿って前記第一の要素の前記フィラメントに接着された細長いフィラメントを備える、ヤーン。
【請求項６】
請求項１のヤーンにおいて、前記第二の要素が、前記多要素ヤーンを０．５％ないし５０％の範囲にて備える、ヤーン。
【請求項７】
請求項５のヤーンにおいて、前記カーボンナノチューブが、前記第二の要素を２０％以下、備える、ヤーン。
【請求項８】
請求項１の伝導性ヤーンにおいて、前記第一の要素が、前記第二の要素に接着される前に、硬化される、伝導性ヤーン。
【請求項９】
請求項１の伝導性ヤーンにおいて、前記多要素ヤーンが硬化される、伝導性ヤーン。
【請求項１０】
請求項１の伝導性ヤーンにおいて、前記第一の要素が、合成材料の複数の細長いフィラメントを備える、伝導性ヤーン。
【請求項１１】
請求項１０の伝導性ヤーンにおいて、前記複数のフィラメントの少なくとも２つが、異なるポリマーにて形成される、伝導性ヤーン。
【請求項１２】
請求項１０の伝導性ヤーンにおいて、前記フィラメントが、前記第二の要素に接着される前に、硬化される、伝導性ヤーン。
【請求項１３】
伝導性の多要素ヤーンを製造する方法において、
合成材料の少なくとも１つの細長いフィラメントを備える第一の要素を提供し且つ、該フィラメントを硬化させるステップと、
重合系樹脂及びカーボンナノチューブを含む組成物から成る第二の要素を提供し且つ、カーボンナノチューブが０．１％ないし２５％の範囲の組成物を備えるようにするステップと、
前記第一の要素を押出し成形機ダイに通し且つ、前記第二の要素を前記第一の要素上に押出し成形して、前記第一の要素に沿って伝導性フィラメントを形成するステップと、
前記多要素ヤーンを硬化させるステップとを備える、伝導性の多要素ヤーンを製造する方法。
【請求項１４】
請求項１３の方法において、前記第一の要素を前記押出し成形機に通す前に、前記第一の要素の前記細長いフィラメントを硬化させるステップを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１３の方法により形成されたヤーンを利用する、織り、編み、編組及び織り交ぜることの１つにより形成される、織地。
【請求項１６】
請求項１３の方法により形成されたヤーンを利用して不織で且つ、中張りしたものの１つである、織地。
【請求項１７】
多要素の伝導性ヤーンを製造する方法において、
少なくとも１つの重合系樹脂を備える第一の要素を提供するステップと、
重合系樹脂及びカーボンナノチューブを有し、カーボンナノチューブが０．１％ないし２５％の範囲の組成物を備える、組成物を含む第二の要素を提供するステップと、
２つの押出し成形機を提供し且つ、前記第一及び第二の要素を同時に押出し成形して、前記第一及び第二のフィラメントを形成するステップと、
前記第一及び第二のフィラメントをその長さに沿って接着させ、伝導性の多要素ヤーンを形成するステップと、
前記伝導性の多要素ヤーンを硬化させるステップとを備える、多要素の伝導性ヤーンを製造する方法。
【請求項１８】
請求項１７の方法において、前記硬化させるステップが、前記接着させた第一及び第二のフィラメントを引抜きロールとヒータとの間に通し、前記多要素ヤーンが熱硬化されるようにするステップを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１７の方法により形成されたヤーンを利用する、織り、編み、編組及び織り交ぜることの１つにより形成される、織地。
【請求項２０】
請求項１７の方法により形成されたヤーンを利用して、不織で且つ、中張りされたものの１つである、織地。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多要素の伝導性ヤーン及びその製造方法に関する。
【用語の定義】
【０００２】
本明細書において、フィラメントとは、通常、比較的小さい断面及び不定の長さの重合系材料で出来た所要形状体をいい、
ヤーンとは、少なくとも１つのフィラメント（＝モノフィラメント）又はフィラメントの組立体（＝多フィラメント）にて形成された製品をいい、
多要素ヤーンとは、２つ以上の異なる材料及び（又は）２つ以上の異なるヤーンにて形成されたヤーンをいい、
伝導率とは、伝導性であると考えられるものの定義をいう。
【背景技術】
【０００３】
炭素のような伝導性材料と組み合わせた熱可塑性ポリマーにて伝導性ヤーンを製造することは、かなり以前から既知である。多くの場合、被覆として炭素がヤーンと組み合わされる。炭素又は炭素添加した重合系樹脂は十分に接着せず、このことは、剥落及び剥離を招来するため全く受容し得ないことである。別の問題点は、受容可能なレベルの伝導率を発生させるのに必要とされる炭素の量である。ポリマー樹脂を伝導性にするため比較的大きい比率の炭素をポリマー樹脂と組み合わせなければならない結果、ヤーンの性質は著しく損なわれる。歴史的に、十分な伝導率を提供するのに必要な炭素含有率は、重量比で２５％以上である。このレベルの炭素含有率を有するヤーンの技術的性質は、著しく影響を受ける。
【０００４】
最近開発されたカーボンナノチューブは、実質的に極めて微細な炭素繊維である。このナノサイズは、必須の伝導性の性質を提供する一方にて、重合系組成物中に炭素を低比率にて使用することを許容する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主目的は、伝導性であり、剥落せず、また、脆弱でなく且つ、優れた物理的性質を有する多要素ヤーンを提供することである。
本発明の別の目的は、重量比で２０％以上の炭素を含む要素が無い多要素の伝導性ヤーンである。
【０００６】
本発明の別の目的は、重量比で炭素含有率が１０％以下の多要素の伝導性ヤーンである。
本発明の別の目的は、少なくともその１つが伝導性フィラメントである、複数の要素を有する、多要素の伝導性ヤーンである。
【０００７】
本発明の別の目的は、非伝導性コアに固定された伝導性シースを有する多要素ヤーンを提供することである。
本発明の別の目的は、１つの要素が導電体を形成するカーボンナノチューブを有する多要素の伝導性ヤーンである。
【０００８】
本発明の別の目的は、導電体を形成するカーボンナノチューブを有する多要素の伝導性ヤーンである。
本発明の別の目的は、物理的に弾性体である、多要素の伝導性ヤーンである。
【０００９】
本発明は、非限定的に、敷設ベルト、コンベアベルト、編組物、工業用繊維、ろ過、製紙機のクロージング、ＩＦＢＣ輸送バッグ、家具、家庭用設備、フックエンドループ、カーペット、衣服、不織地、ブラシ及び過程形成ベルトを含む多岐に亙る用途にて使用することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、多要素の伝導性ヤーン及びその製造方法に関するものである。ヤーンは、第一の要素と、第二の要素とから成っている。第一の要素は、重合系材料で出来た細長いフィラメントから成っている。第二の要素は、重合系材料の繊維と、その長さに沿って第一の要素と結合されたカーボンナノチューブとから成っている。第二の要素に含まれた炭素は、カーボンナノチューブを重量比で２０％まで含む。第二の要素は、第一の要素と組み合わさったとき、重量比で１０％以内のカーボンナノチューブを備える伝導性ヤーンを提供する。
【００１１】
第一の要素を形成する重合系材料は、溶融した紡糸可能な任意のポリマーの１つとすることができ、好ましいものは、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＴＴ、ＰＢＴ、ＰＣＴＡ、ポリカーボネート等のような）、ポリアミド、ＰＰＳ、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び（又は）ＰＥＥＫの１つ又はその混合体である。上記第二の要素の重合系材料は、ポリエステル、ポリアミド、ＰＴＴ、ＰＢＴ、ＰＰＳ、ポリプロピレン、ポリエチレン及びＰＥＥＫの１つを少なくとも８０％を含む一方、カーボンナノチューブは、要素の形成するものの残りを含む。
【００１２】
第二の要素は、第一の要素のフィラメントを取り巻くシースを備えることができる。これと代替的に、第二の要素は、その長さに沿って第一の要素のフィラメントに結合された細長いフィラメントを備えるものとしてもよい。
【００１３】
第二の要素は、該要素がその長さに沿って伸びるとき、第一の要素の周りに巻くことができる。
第二の要素は、多要素ヤーンを重量比で０．５％ないし５０％の範囲にて備えることができる一方、カーボンナノチューブは、第二の要素を重量比で２０％まで、好ましくは、重量比で１５％以下だけ備えることができる。
【００１４】
第一の要素は、第二の要素と組み合わされる前に、延伸させ且つ、熱硬化させたヤーンとすることができる。これと代替的に、第一及び第二の要素は、同時に押出し成形し且つ、接着させて多要素ヤーンを形成するようにしてもよい。次に、このように形成されたヤーンは、延伸させ且つ、熱硬化させることができる。かかるヤーンは、へテロフィラメントヤーンと呼ばれる。
【００１５】
本発明は、伝導性の多要素ヤーンを製造する方法を更に含む。この方法は、重合系材料の少なくとも１つの細長いフィラメントから成る少なくとも第一の要素を提供するステップを含む。また、重合系樹脂及びカーボンナノチューブを含む１つの要素から成る少なくとも第二の要素を提供するステップを含む。また、カーボンナノチューブを第二の要素の組成物の０．５ないし２０％の範囲に制限するステップを含む。第二の要素が第一の要素上に押出し成形されている間に、第一の要素をクロスヘッド押出し成形機にフィラメントの形態にて通し、第二の要素を第一要素と接着させ、その周りに形成された伝導性シースを有する第一の要素から成るコアフィラメントとして複合ヤーンを形成する。この型式のヤーンは、コーテッドヤーンと呼ばれる。これと代替的に、この方法は、第一及び第二の要素を同時に押出し成形して、多数フィラメントを形成するステップと、フィラメントがその長さに沿って互いに接着されるようにするステップとを備えるようにしてもよい。この型式のヤーンは、接着フィラメントと呼ばれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施する設計とされた構造について、そのその他の特徴と共に、説明する。
本発明は、以下の明細書を読み且つ、本発明の一例を示した、本明細書の一部を構成する添付図面を参照することにより、より容易に理解されよう。
【００１７】
図面をより詳細に参照しつつ、本発明について以下により詳細に説明する。
カーボンナノチューブは、伝導性添加剤としてポリマーと共に使用されている極めて小さい伝導性要素である。カーボンナノチューブの主たる有利な効果は、炭素ブラック粒子又はチョップした炭素よりも大きいアスペクト比を有し、このことは、十分なレベルの伝導率を維持しつつ、添加剤の装填量を少なくすることを可能にする点である。
【００１８】
カーボンナノチューブは、絡み合う傾向となり且つ、せん断場に対し低感受性の細長い粒子を備えている。このことは、ポリマー内に形成されたカーボンナノチューブの集合体を完全に分離させずに、カーボンナノチューブを保持する重合系樹脂を押出し成形する能力が得られることになる。図４には、カーボンナノチューブを重合系樹脂内で分配することのできる方法が全体として概略図で示してある。
【００１９】
伝導性ヤーンにおいて、当初のポリマー樹脂から通常、実現できる所望の繊維の特徴の殆どを保持するヤーンを製造することは、炭素の好ましくない影響のため最も困難である。この問題点に対する主たる原因は、繊維を十分に伝導性にするために必要な炭素の量である。炭素添加剤が被覆の形態にてポリマーと組み合わされたならば、被覆は、剥落し且つ亀裂を生じ易くなる。
【００２０】
本発明は、所望の物理的特徴を保持し、可撓性で且つ、剥落又は亀裂を生じさせない伝導性の多要素ヤーンを提供することにより、これらの欠点を解決することを可能にする。
図１を参照すると、硬化したフィラメント１２を備える供給体１０が、少なくとも１つ、好ましくは複数の押出し成形機ダイを通って進む状態で示されており、押出し成形機ダイは、フィラメント１２が通るとき、被覆又は接着性樹脂コンパウンド１４をフィラメント１２上に押出し成形する。この場合、樹脂コンパウンド１４は、フィラメント１２の周りにシース１６を形成する。また、この場合、フィラメント１２は既に延伸され且つ熱硬化されているから、シース１６は凝固することが許容され、また、多要素ヤーン１８は、輸送のため簡単に巻き戻される。これと代替的に、多要素ヤーンは、引抜きロールと加熱炉との間を通り、この加熱炉にてヤーンが延伸又は弛緩が行われ、或いはその双方が行われ且つ、次に、熱硬化されてもよい。
【００２１】
多要素ヤーン１８は、通常、ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＴＴ、ＰＢＴ、ＰＣＴＡ等のような）又はポリアミド繊維から形成されるコアを備えることができる。コアは、これと代替的に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ又はその他の溶融した紡糸可能なポリマー又はこれらポリマーの混合体としてもよい。コアは、１つ又は複数のフィラメントを備えることができる。コアは、また、天然繊維及びステープルファイバで出来たヤーンとしてもよい。
【００２２】
シースは、同様に、通常、カーボンナノチューブと組み合わされたポリエステル又はポリアミドであるポリマーを備えている。この場合にも、上記に記した樹脂は、シースを形成するポリマーを備えるようにしてもよい。
【００２３】
樹脂コンパウンド１４は、０．５％ないし２０％の範囲のカーボンナノチューブと、８０％ないし９９．５％の範囲のポリエステル又はその他のポリマー或いはポリマーの混合体を備えている。シース１６は、０．５％ないし５０％の範囲の多要素ヤーンの容積を備える一方、コア１２は、５０％ないし９９．５％の範囲の多要素ヤーンを形成する。
【００２４】
樹脂１４内のナノチューブは、シースの長さに沿って且つ、コアの周りで互いに散在されて多要素ヤーンの長さに沿って伝導性の幹線を提供する。カーボンナノチューブから成る多要素ヤーンの比率は０．５％ないし１５％の範囲である。かかる低比率の炭素は、コンパウンド１４を形成する樹脂が弾性、強度及び延伸性のようなその通常の特徴の略全てを維持することを許容する。通常、多要素ヤーンのコアは、該ヤーンが１００％ポリマーにて形成される場合と同様に、その通常の特徴の全てを保持する。
【００２５】
多要素ヤーンを形成する第二の構成において、ヤーン１２は予め形成されるが、硬化はしていない。ヤーン１２は、上記に記載したように供給体１０から引抜かれ且つ、押出し成形機を通って進み、コンパウンド１４を押出し成形し、ヤーン１８を製造する。代替的な構成において、形成されたままの多要素ヤーンは、引抜きロールの間を通り且つ、加熱炉を通り、この加熱炉にてヤーンは延伸又は弛緩が行われ或いはその双方が行われ、次に、熱硬化させる。コア１２及びシース１６の双方が処理され且つ、その後に硬化される。このことは、容易に分離されずに実質的に接触したままである炭素の生来の特徴のため、また、シース１６内に存在するナノチューブの比率が制限されるため、可能である。
【００２６】
その他の構成が図２に図示されている。第一の構成において、１対の押出し成形機２０、２２が図示されている。押出し成形機２０は、コアヤーン１２を押出し成形する一方、押出し成形機２２は第二の要素２４を押出し成形する。押出し成形機は、第二の要素２４が細長いフィラメント２８の形態にてその長さに沿ってコア１２に接着するのを許容する既知の仕方にて制御される。図２には、また、へテロフィラメントの過程が示してある。この場合、双方の要素は、その押出し成形機２０、２２内で溶融され且つ、特殊な設計のスピンヘッド内に押し込まれて、このスピンヘッド内にて双方の要素は、同時に紡糸されて多要素ヤーン２８となる。
【００２７】
図３に示した多要素ヤーン２８は、引抜きロール３０の間を通って進み、延伸され且つ（又は）弛緩され、その後、ヒータ３２によって熱硬化される。
要素２４は、図３Ａに示すように、シース１６の形態にて供給することができ、該シースはその長さに沿ってコアを包み込むようにすることが分かる。押出し成形されたコンパウンド２４は、楔形状フィラメント２６の形態として又は追加的なフィラメント２６の形態にてコア１２に取り付け得るように制御することができる。このフィラメント２６は、長さに沿って伸び且つ、図３Ｂ及び図３Ｅに示すように、コア１２のその軸線の周りで巻き付けられる。別の構成は、コア１２がコンパウンド２４の両側部に配置されるようにし、このことは図３Ｃに示すようにコア１２の長さに沿って伸びる伝導性細片２６´の形態をとるようにすることである。押出し成形されたコンパウンド２４は、図３Ｄ及び図３Ｆに図示するように、コア１２の長さに沿って配置された複数の楔形フィラメント２６又は追加的なフィラメント２６を形成することができる。別の構成は、コア１２が最初にシース３６により、次に、伝導性シース１６により被覆されるようにすることができる。低融点ポリマー、接着剤型ポリマー、共ポリエステル又はその他の適宜な材料であることが好ましいシース３６は、コア１２と伝導性シース１６との間に増大した接着状態を提供する中間層を提供する。これら構成の各々において、シース１６、フィラメント２６及び細片２６´は、その長さに沿ってコア１２に接着する伝導性フィラメントを形成する。
【００２８】
全ての構成において、第一の要素すなわちコアポリマーの比率及び第二の要素すなわち伝導性ポリマー＋カーボンナノチューブの比率は、上記に掲げた制限値の範囲内に留まる。
【００２９】
コアは、同一のポリマーであることが好ましいが、必ずしもそうする必要はない複数のフィラメントから成るものとすることが可能であることが分かる。コアは、ポリマーの混合体から成るものでもよい。また、シース又は伝導性フィラメントは、カーボンナノチューブと組み合わせたポリマーの混合体から成るものでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の多要素伝導性ヤーンは、織地、編地、編組織地、不織地、織り交ぜた織地（ｉｎｔｅｒｌａｉｄ  ｆａｂｒｉｃ）及び複合織地のような多数の型式の織地と共に使用することができる。ヤーンは、これらの織地を形成するヤーンを異なる比率で選択することができる。また、ヤーンは、上述した織地型式の任意の組み合わせと共に使用することができる。
【００３１】
本発明の１つの好ましい実施の形態を特定の語を使用して説明したが、これは、単に説明することのみを目的とするものであり、特許請求の範囲の精神又は範囲から逸脱せずに変更及び改変が具体化可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の多要素ヤーンを製造する過程を示す概略図である。この過程は、クロスヘッド押出し成形機により第二の要素にて第一の要素を被覆する過程である。
【図２】本発明の多要素ヤーンを製造する別の過程を示す概略図である。
【図３】３Ａは、本発明の多要素ヤーンを示す断面図である。  ３Ｂは、本発明の別の多要素ヤーンを示す断面図である。  ３Ｃは、本発明の別の多要素ヤーンを示す断面図である。  ３Ｄは、本発明の別の多要素ヤーンを示す断面図である。  ３Ｅは、本発明の別の多要素ヤーンを示す断面図である。  ３Ｆは、本発明の別の多要素ヤーンを示す断面図である。  ３Ｇは、本発明の別の多要素ヤーンを示す断面図である。
【図４】整合したナノチューブを示す線図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０    供給体                  １２    フィラメント／コア／ヤーン／コアヤーン
１４    樹脂コンパウンド        １６    シース
１８    多要素ヤーン                      ２０    第一の要素の押出し成形機
２２    第二の要素の押出し成形機          ２４    第二の要素／コンパウンド
２６    楔形状フィラメント                ２６´    伝導性細片
２８    細長いフィラメント／多要素ヤーン
３０    引抜きロール                      ３２    ヒータ
３６    シース
【図１】
2005213718.tif 000003
【図２】
2005213718.tif 000004
【図３】
2005213718.tif 000005
【図４】
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