CN111727286B - 树脂构造体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种树脂构造体(1)，其具备通过来自外部的能量而产生电荷的多个压电纤维(10)、和绝缘性树脂(100)。多个压电纤维(10)中的至少一个被上述绝缘性树脂(100)涂覆。

Description

树脂构造体

技术领域

本发明涉及具备压电纤维的树脂构造体。

背景技术

在专利文献1中，公开了通过由压电效应产生的电荷而发挥抗菌性的电荷产生纤维。

专利文献1：日本专利第6292368号公报

在构成纱线或布的纤维彼此之间存在多个间隙。因此，即使具备了压电纤维的纱线或布变形，但由于压电纤维能够在间隙中自由移动，因此存在压电纤维本身的变形较小或者没有变形的情况。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够使压电纤维高效地变形的树脂构造体。

本发明的树脂构造体具备通过来自外部的能量而产生电荷的多个压电纤维、和绝缘性树脂。树脂构造体通过利用上述绝缘性树脂来涂覆上述多个压电纤维中的至少一个而形成。

本发明的树脂构造体利用绝缘性树脂来约束压电纤维，因此在树脂构造体整体变形的情况下，能够使压电纤维高效地变形。因此，本发明的树脂构造体能够以更少的能量使电荷产生。

本发明的树脂构造体能够使压电纤维高效地变形。

附图说明

图1的(A)是表示树脂构造体1的结构的图，图1的(B)是图1的(A)的A-A线的剖视图。

图2的(A)和图2的(B)是表示聚乳酸的单轴拉伸方向、电场方向以及压电纤维10的变形的关系的图。

图3的(A)是表示树脂构造体2的结构的图，图3的(B)是图3的(A)的A-A线的剖视图。

图4是表示树脂构造体1和树脂构造体2的电场的图。

图5是表示将薄膜形状的压电体卷绕而成的树脂构造体1的结构的图。

图6是布150的平面示意图。

图7的(A)是抗菌基材70的剖视图，图7的(B)是抗菌基材70的局部放大剖视图。

图8是表示抗菌基材170的形状的示意图。

具体实施方式

图1的(A)是表示树脂构造体1的结构的局部分解图，图1的(B)是图1的(A)的A-A线的剖视图。

树脂构造体1具备多个压电纤维10和绝缘性树脂100。多个压电纤维10分别是截面为圆形的纤维。多个压电纤维10左旋转并相互加捻而构成左旋转纱线(以下，称为S纱线)。此外，在本实施方式中，作为一个例子，示出了将七根压电纤维10加捻而成的树脂构造体1，但压电纤维10的根数、捻数以及长丝数实际上鉴于用途等而适当设定。

绝缘性树脂100形成为覆盖被加捻的多个压电纤维10的整体。但是，树脂构造体1只要至少一根压电纤维10被绝缘性树脂100覆盖即可。另外，绝缘性树脂100也可以分别覆盖一根一根的压电纤维10。即，也可以准备多根被绝缘性树脂100覆盖的压电纤维10，通过将这些压电纤维10捻合，从而构成树脂构造体1。

压电纤维10例如通过将压电聚合物挤压成型而纤维化的方法来进行制造。或者压电纤维10利用如下方法进行制造：将压电聚合物熔融纺纱而纤维化的方法(例如，包括分开进行纺纱工序和拉伸工序的纺纱·拉伸法、将纺纱工序和拉伸工序连结的直接拉伸法、临时加捻工序也能够同时进行的POY-DTY法、或者实现了高速化的超高速纺纱法等)；通过干式或湿式纺纱使压电性高分子(例如，包括将作为原料的聚合物溶解在溶剂中并从喷嘴挤出而纤维化的相分离法或干湿纺纱法、均匀地纤维化成含有溶剂的状态的凝胶状的凝胶纺纱法、或者使用液晶溶液或熔体而纤维化的液晶纺纱法等)纤维化的方法、或者通过静电纺纱使压电性高分子纤维化的方法等。此外，压电纤维10的截面形状不限于圆形。

关于压电聚合物，存在具有热电性的聚合物和不具有热电性的聚合物，但均可使用。例如，PVDF(聚偏二氟乙烯)具有热电性，也因温度变化而产生电荷。PVDF等具有热电性的压电聚合物也因人体的热能而产生电荷。在该情况下，人体的热能是来自外部的能量。

另外，聚乳酸(PLA)是不具有热电性的压电聚合物。聚乳酸通过被单轴拉伸而产生压电性。聚乳酸包括：具有L型单体聚合而成的右旋螺旋构造的PLLA；和具有D型单体聚合而成的左旋螺旋构造，且压电常数的极性与PLLA相反的PDLA。

图2的(A)和图2的(B)是表示在压电纤维10为被单轴拉伸的PLLA的情况下，单轴拉伸方向、压电纤维10的变形以及电场方向的关系的图。此外，图2的(A)和图2的(B)是作为模型，将压电纤维10假设为薄膜形状的情况下的图。

聚乳酸是手性高分子的一个例子，主链具有螺旋结构。聚乳酸若被单轴拉伸而分子取向，则表现出压电性。若进一步施加热处理来提高结晶度，则压电常数变高。在将厚度方向定义为第一轴，将拉伸方向900定义为第三轴，将与第一轴以及第三轴两者正交的方向定义为第二轴时，由被单轴拉伸的聚乳酸构成的压电纤维10具有张量分量d₁₄和d₂₅作为压电应变常数。因此，由被单轴拉伸的聚乳酸构成的压电纤维10在相对于单轴拉伸方向成45度的方向上产生应变的情况下，产生电荷。

如图2的(A)所示，若压电纤维10在第一对角线910A的方向上收缩，在与第一对角线910A正交的第二对角线910B的方向上延伸，则在从纸面的背侧朝向表侧的方向上产生电场。即，压电纤维10在纸面表侧产生负电荷。

如图2的(B)所示，压电纤维10在第一对角线910A的方向上延伸，在第二对角线910B的方向上收缩的情况下，也产生电荷。在该情况下，极性相反，在从纸面的表面朝向背侧的方向上产生电场。即，在图2的(B)的例子中，压电纤维10在纸面表侧产生正电荷。

聚乳酸通过由拉伸引起的分子的取向而产生压电性，因此不需要如PVDF等其他的压电聚合物或压电陶瓷那样，进行极化处理。被单轴拉伸的聚乳酸的压电常数为5～30pC/N左右，在聚合物中具有非常高的压电常数。并且，聚乳酸的压电常数不会随时间推移而变动，极其稳定。

对将具有以上那样的性质的压电纤维10应用于图1的(A)的树脂构造体1的情况进行说明。在图1的(A)中，各压电纤维10的拉伸方向900与各压电纤维10的轴向一致。通过将多个压电纤维10加捻，压电纤维10的拉伸方向900成为相对于树脂构造体1的轴向，在纸面上向左倾斜45度的状态。

在沿这样的树脂构造体1的轴向施加张力而拉伸的情况下，压电纤维10沿着树脂构造体1的轴向产生应变，沿着树脂构造体1的轴向作用有剪切应力。树脂构造体1的轴向相当于图2的(A)的例子中的第二对角线910B。由此，如图2的(A)所示的例子那样，压电纤维10在相当于第一对角线910A的方向上收缩，在相当于第二对角线910B方向的方向上延伸。因此，在树脂构造体1的表面产生负电荷，在内侧产生正电荷。

此外，压电纤维10通过剪切应力的施加而产生电荷，因此相对于树脂构造体1的轴向的倾斜并不限于左45度。拉伸方向900只要至少相对于树脂构造体1的轴向交叉即可。即，压电纤维10的拉伸方向900只要相对于树脂构造体1的轴向倾斜大于0度且小于左90度即可。

树脂构造体1成为多个压电纤维10被绝缘性树脂100覆盖的形状。多个压电纤维10由绝缘性树脂100约束。若沿树脂构造体1的轴向施加张力而拉伸，则绝缘性树脂100也与多个压电纤维10同时变形。因此，树脂构造体1的轴向的张力被高效地变换为多个压电纤维10的剪切应力。因此，压电相对于拉伸的灵敏度变高。

绝缘性树脂100例如由聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、或聚酯树脂等构成。通常，聚氨酯树脂比丙烯酸树脂或聚酯树脂更柔软，吸水性高。环氧树脂比丙烯酸树脂或聚酯树脂更硬，吸水性低。越是柔软性高且伸缩性高的材料，越不易阻碍压电相对于树脂构造体1的轴向的张力的灵敏度。另外，越是吸水性低的材料，水分越不易暴露到压电纤维10，从而能够抑制压电纤维10的水解。绝缘性树脂100的材料只要根据所需的柔软性和吸水性适当地选择即可。

另一方面，图3的(A)是表示将压电纤维10向右旋转并加捻而构成右旋转纱线(以下，称为Z纱线)的树脂构造体2的局部分解图。图3的(B)是图3的(A)的A-A线的剖视图。

由于树脂构造体2是Z纱线，因此压电纤维10的拉伸方向900成为相对于树脂构造体2的轴向，在纸面上向右倾斜45度的状态。在对这样的Z纱线的树脂构造体2施加张力而拉伸的情况下，压电纤维10沿着树脂构造体2的轴向产生应变，沿着树脂构造体2的轴向作用有剪切应力。

树脂构造体2的轴向相当于图2的(B)的例子中的第一对角线910A。由此，如图2的(B)所示的例子那样，压电纤维10在相当于第一对角线910A的方向上延伸，在相当于第二对角线910B方向的方向上收缩。

因此，在树脂构造体2的表面产生正电荷，在内侧产生负电荷。此外，压电纤维10通过剪切应力的施加而产生电荷，因此相对于树脂构造体2的轴向的倾斜不限于右45度，只要至少相对于树脂构造体2的轴向交叉即可。即压电纤维10的拉伸方向900只要相对于树脂构造体2的轴向倾斜大于0度且小于右90度即可。

图4是表示树脂构造体1和树脂构造体2的电场的状态的剖视图。在树脂构造体1(S纱线)和树脂构造体2(Z纱线)由PLLA形成的情况下，在单独的树脂构造体1中，在施加张力时，表面成为负电位，内部成为正电位。在单独的树脂构造体2中，在施加张力时，表面成为正电位，内部成为负电位。

在这些树脂构造体1和树脂构造体2彼此接近的情况下，接近的部分(表面)成为相同电位。在该情况下，树脂构造体1和树脂构造体2的接近部成为0V，为了保持原来的电位差，树脂构造体1的内部的正电位进一步提高。同样，树脂构造体2的内部的负电位进一步降低。

在树脂构造体1的截面中，主要形成从树脂构造体1的内部朝向外部的电场，在树脂构造体2的截面中，主要形成从外部朝向内部的电场。在使树脂构造体1和树脂构造体2彼此接近的情况下，它们的电场泄露到空气中而合成，利用树脂构造体1和树脂构造体2之间的电位差，如图4所示在树脂构造体1与树脂构造体2之间形成电场。或者，在树脂构造体1(或树脂构造体2)与例如人体等具有规定电位(包括接地电位)的物体接近的情况下，在树脂构造体1(或树脂构造体2)与所接近的物体之间产生电场。

或者，存在电流流动于树脂构造体1和树脂构造体2之间的由湿气等形成的电流路径，或由微放电现象等形成的电路的情况。即使在树脂构造体1或树脂构造体2与所接近的具有规定电位(包括接地电位)的物体接近的情况下，也存在电流流动于由湿气等形成的电流路径，或由微放电现象等形成的电路的情况。

另外，树脂构造体1和树脂构造体2不需要具有彼此相反极性的电位。树脂构造体1和树脂构造体2即使在具有相同极性的电位的情况下，如果两者存在电位差，则也会产生电场或电流。即，树脂构造体1和树脂构造体2只要在产生电荷时为不同电位即可。

此外，树脂构造体不限于捻纱。例如，如图5所示，利用绝缘性树脂100覆盖将薄膜形状的压电体10A卷绕为左旋转而成的S纱线(或者卷绕为右旋转而成的Z纱线)的构造也包括在本发明的树脂构造体中。

此外，作为在表面产生负电荷的纤维，除使用了PLLA的S纱线之外，也可以考虑使用了PDLA的Z纱线。另外，作为在表面产生正电荷的纤维，除使用了PLLA的Z纱线之外，也可以考虑使用了PDLA的S纱线。

本实施方式的树脂构造体例如利用为抗菌纤维。以往，公知有能够通过电场抑制细菌和真菌等的繁殖(例如，参照土户哲明、高丽宽纪、松冈英明、小泉淳一著，讲谈社：微生物控制－科学和工程。另外，例如参照高木浩一，高电压·等离子体技术在农业·食品领域的应用，J.HTSJ，Vol.51，No.216)。另外，由于使电场产生的电位，而存在电流流动于由湿气等形成的电流路径，或由微放电现象等形成的电路的情况。认为通过该电流，菌弱化而抑制菌的繁殖。本实施方式的抗菌纤维在从外部接收量时，在产生电荷时成为不同电位的至少两个压电纤维之间产生电场，或者在与人体等具有规定电位(包括地电位)的物体接近的情况下，在该抗菌纤维与具有该规定电位的物体之间产生电场。或者，在从外部接收能量时，本实施方式的抗菌纤维，在产生电荷时成为不同电位的至少两个压电纤维之间经由水分等流过电流，或者在与人体等具有规定电位(包括地电位)的物体接近的情况下，经由汗等水分在该抗菌纤维与具有该规定电位的物体之间流过电流。

因此，树脂构造体通过在压电纤维产生的电场或电流的直接作用，对用于菌的细胞膜、菌的生命维持的电子传递***产生障碍，起到使菌杀灭、或者菌弱化的效果。并且，存在水分中所含的氧通过电场或电流而变化为活性氧类的情况。或者由于因电场或电流的存在而产生的应激环境，而有时在菌的细胞内生成氧自由基。通过含有这些自由基类的活性氧类的作用，使菌杀灭或弱化。另外，有时上述理由复合而产生抗菌效果。此外，本实施方式中所说的“菌”包括细菌、真菌、古细菌或螨虫、跳蚤等微生物。“抗菌”是包括菌弱化的效果和杀灭菌的效果这两者的概念。

如上所述，抗菌纤维例如能够应用于衣料。衣料中的，特别是袜子(或护膝)因行走等运动，必定沿着关节产生伸缩，因此抗菌纤维以高频率产生电荷。另外，袜子吸收汗等水分，成为菌繁殖的温床，但抗菌纤维能够抑制菌的繁殖，因此作为用于防臭的菌对策用途，产生显著的效果。

此外，压电纤维通过压电使电场产生，因此不需要电源，也不存在触电的担忧。另外，压电纤维的寿命比基于药剂等的抗菌效果持续得长。另外，与药剂相比，产生过敏反应的可能性低。另外，由药剂，特别是抗生素等引起的耐药菌的发现成为近年来的大问题，但本实施方式的抗菌效果在机理上不易产生耐药菌。

另外，本实施方式的树脂构造体也能够用于物质吸附用途。如上所述，树脂构造体1在拉伸时，在表面产生负电荷。树脂构造体2在拉伸时，在表面产生正电荷。因此，树脂构造体1具有吸附具有正电荷的物质(例如花粉等颗粒)的性质，树脂构造体2吸附具有负电荷的物质(例如黄沙等有害物质等)。压电纤维通过压电而使电场产生，因此不需要电源。另外，压电纤维的寿命长，由于物质的吸附而产生的电荷的强度没有变化。因此，不会如驻极体滤材那样随着物质的吸附而吸附力降低。

另外，本实施方式的压电纤维10被绝缘性树脂100覆盖，因此强度提高，并且能够防止由水解引起的过早劣化。为了防止由水解引起的劣化，绝缘性树脂100优选吸水性低。另外，为了不阻碍压电纤维10的变形，绝缘性树脂100优选容易弹性变形，即具有高伸缩性。绝缘性树脂100优选至少具有比压电纤维10高的伸缩性。

另外，电场的强度与产生电荷的物质之间的距离成反比，如E＝V/d所示。若绝缘性树脂的厚度相对于压电纤维10的厚度过厚，则纤维之间的距离变得过大而电场的强度大幅降低。因此，例如，绝缘性树脂100的厚度优选相对于压电纤维10的直径为60％以下。

图6是布150的平面示意图。布150通过织入或编入树脂构造体1而形成。此外，布150也可以在首先将由多个压电纤维10构成的S纱线或Z纱线织入后(或编入后)，包覆绝缘性树脂100。另外，也可以在将被绝缘性树脂100包覆的树脂构造体1织入后(或编入后)，进一步包覆绝缘性树脂100。

另外，布150也可以是将多个压电纤维10粘接或缠绕而形成的无纺布。在该情况下，可以在利用绝缘性树脂100包覆多个压电纤维10的每一个之后进行粘接或缠绕，也可以在粘接或缠绕多个压电纤维10之后利用绝缘性树脂100进行包覆。

该样的布150也是本发明的树脂构造体的一个例子。此外，布150也可以含有不具有压电性的普通纤维。另外，布150可以仅具备树脂构造体1或树脂构造体2的任一方，也可以具备树脂构造体1和树脂构造体2双方。

接下来，图7的(A)是抗菌基材70的剖视图，图7的(B)是抗菌基材70的局部放大剖视图。抗菌基材70具备多个布150。多个布150被绝缘性树脂100覆盖。

布150可以分别仅具备树脂构造体1或树脂构造体2的任一方，也可以具备树脂构造体1和树脂构造体2双方。

如图7的(B)所示，绝缘性树脂100是在内部具有多个孔110的多孔质的材料。由于绝缘性树脂100具有多个孔110，因此菌115容易侵入，从而能够将菌115留在内部。由此，能够更有效地将留在孔内部的菌115杀灭或者抑制该菌115的繁殖。

而且，若对抗菌基材70施加拉伸或压缩负载，则由绝缘性树脂100约束的布150被拉伸或压缩。因此，构成布150的压电纤维10产生电荷。通过该电荷，在抗菌基材70的内部产生电场，其强度也变化。因此，抗菌基材70能够通过该电场和其强度的变化来抑制菌115的繁殖。

此外，抗菌基材70的形状并不限于图7的(A)所示的形状。例如，图8所示的抗菌基材170具有多个树脂构造体1缠绕而成的构造。在抗菌基材170中，可以仅具备树脂构造体1或树脂构造体2的任一方，也可以具备树脂构造体1和树脂构造体2双方。另外，抗菌基材170可以在利用绝缘性树脂100包覆多个压电纤维10的每一个之后进行缠绕，也可以在缠绕多个压电纤维10之后利用绝缘性树脂100进行包覆。

抗菌基材170的内部在多个树脂构造体1之间存在多个空隙。因此，抗菌基材170与菌接触的表面积变大，能够有效地对菌进行抗菌。另外，构成树脂构造体1的压电纤维10朝向各种方向，因此相对于来自任意方向的拉伸或压缩负载，都产生各种强度的电场。因此，抗菌基材170能够有效地对菌进行抗菌。

最后，本实施方式说明的全部的点应被认为是例示，并非是对本发明进行的限制。本发明的范围并非由上述实施方式限定，而是由权利要求书表示。并且，本发明的范围意在包括与权利要求书等同的意思和在其范围内的全部变更。

附图标记说明

1、2…树脂构造体；10…压电纤维；10A…压电体；70、170…抗菌基材；100…绝缘性树脂；110…孔；115…菌；150…布；900…拉伸方向。

Claims (6)

1.一种树脂构造体，其中，具备：

多个压电纤维，通过来自外部的能量而产生电荷；和

绝缘性树脂，

所述多个压电纤维构成纱线，并沿着所述纱线的轴向被所述绝缘性树脂涂覆，

所述绝缘性树脂为多孔质。

2.根据权利要求1所述的树脂构造体，其中，

所述绝缘性树脂具有比所述多个压电纤维高的伸缩性。

3.根据权利要求1或2所述的树脂构造体，其中，

所述绝缘性树脂具有比所述多个压电纤维低的吸水性。

4.根据权利要求1或2所述的树脂构造体，其中，

所述多个压电纤维含有聚乳酸。

5.根据权利要求1所述的树脂构造体，其中，

所述纱线通过所述多个压电纤维相互加捻而构成。

6.一种树脂构造体，其中，具备：

布，由多个压电纤维构成，所述多个压电纤维通过来自外部的能量而产生电荷；和

绝缘性树脂，

所述布被所述绝缘性树脂涂覆，

所述多个压电纤维构成纱线，并沿着所述纱线的轴向被所述绝缘性树脂涂覆，

所述布通过织入或编入所述纱线而形成，

所述绝缘性树脂为多孔质。

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