JPS63270865A

JPS63270865A - 糸状遠赤外線放射発熱体の製造方法

Info

Publication number: JPS63270865A
Application number: JP10164387A
Authority: JP
Inventors: 巽　弘明; 洋高橋; 岡　研一郎
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1987-04-24
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1988-11-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は通電することにより発熱し、かつ遠赤外線を輻
射する糸状発熱体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来から赤外線による加熱器具や暖房器具が使用されて
いたが、近年、遠赤外線が人体に心地よい暖房効果を及
ぼし、しかも健康増進ないし医療補助的な使用にも効果
を奏するとされているために注目され各種の遠赤外線暖
房器具が開発されており、セラミックスがこの遠赤外線
を多く輻射する素材として優れていることが知られてい
る。

従来この種のセラミックスによる遠赤外線暖房器具とし
ては、例えば、セラミックス粒子を合成樹脂に分散させ
た層を通常はぼ８０℃近辺に熱体は、何れも可撓性がな
く、空白暖房用等人体から離して使用するものであり、
例えば、防寒用衣料や温帯等の医療補助品等に使用でき
るものがないのが実情である。

本発明は以上の問題点に着目し、可撓性に富み、かつ糸
状発熱体中に大きなボイドのない糸状遠赤外線放射発熱
体の製造方法を提供することを目的としている。

〔問題を解決するための手段〕

前記した本願発明の目的は、連続走行している芯糸の周
囲に、合成樹脂中にカーボン粒子およびセラミックス粒
子を分散配合した導電性樹脂を加熱流動下で溶融計量し
、鞘状に押し出し被覆したのら、冷却固化することによ
り、該導電性樹脂より構成される発熱層を該芯糸の周囲
に連続形成させることを特徴とする糸状遠赤外線放射発
熱体の製造方法により達成できる。

導電性樹脂を加熱流動下で溶融計量し、芯糸の周囲に被
覆せしめることは均一な抵抗値を有する糸状の発熱体を
得るためには重要である。

本発明において芯糸の周囲に導電性樹脂を押し出し被覆
する装置としては、芯糸が走行する孔を有するニップル
と、芯糸が走行しながら溶融計量した樹脂を被覆せ（）
める孔を有するダイから成る装置が好ましく、さらに該
ニップル孔と該ダイ孔は実質的に中心線を同じくするよ
うに組み合わせた装置が好ましく使用される。

本発明における導電性樹脂の加熱温度は該導電性樹脂が
加熱流動しはじめる温度以上、分解を開始する温度未満
であることが好ましい。本発明における導電性樹脂の押
出速度 ■ｍ　（ＴｒＬ／分）は、下式％式％（芯糸断面積は芯糸を変形せしめることなく結束し、最
小外周長を示したときの断面積を示す）で定義され、芯
糸の走行速度ＶＳ　　（ｍ１分）のＶｌｌｌに対する速
度比（Ｖｓ／Ｖｍ）は均一な導電性樹脂付着量を有し、
芯糸と該樹脂の密着性が良好である糸状の発熱体が得ら
れる点から、０．９以上３以下であることが好ましい。

るが、発熱体として通常使用される温度、すなわち、２
０〜１００℃という低温範囲で長期間安定した性能・を
維持するものであるものが好ましい。

ここで、合成繊維とはポリアミド、ポリエステル、ポリ
オレフィン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコ
ール、ポリ塩化ビニル等の一般的に知られた合成繊維の
他、ガラス繊維、アルミナあるいはジルコニア等の無機
繊維や各種金属繊維が含まれる。中でもポリアミド、ポ
リエステル、ポリオレフィンなどの熱可塑性合成繊維は
、非吸湿性、耐薬品性であり、上記発熱体使用温度範囲
（２０〜１００℃）での熱劣化が少ないほか、万一局所
的異常加熱が生じた場合には溶断するというヒユーズ機
能を有するので好ましい。また、芳香族ポリアミド、仝
芳香族ポリエステル、ポリベンズイミダゾール、ポリフ
ェニレントリアゾール、ポリオキサジアゾール、ポリイ
ミド、熱硬化性樹脂繊維などの耐熱性合成繊維、無機繊
維あるいは金属繊維などを用いた場合には使用可能な温
度範囲を高くでき、また製品寿命を著しく延ばすことが
できるなどの利点があり好ましい。

本発明に用いる芯糸の形態としては紡績糸、マルチフィ
ラメント、モノフィラメントなど、形態を問わないが、
発熱層との接着性が良好で、剥離し難いもの、たとえば
、紡績糸、表層部に短繊維を有するダブルストラクチヤ
ードヤーンおるいは嵩高加工を施したフィラメントなど
が好ましい。また、単糸の断面形状を異形とすればさら
に好ましい。紡績系やマルチフィラメントの場合には、
撚糸、特に双糸や玉子が溶融被覆した際、ムラのない発
熱層を形成できるのみでなく、被覆後の糸状発熱体の横
断面形状が真円に近くなり、後加工での工程通過性が良
好となるため好ましい。

予めカーボン粒子およびセラミックス粒子を合成樹脂と
芯糸の両方に親和性の高い物質で、芯糸を処理しておく
ことも好ましい。

本発明に用いる合成繊維は、発熱体の使用温度範囲（２
０〜１００’Ｃ）で安定した電気抵抗性能を保ち、使用
温度の上限以上の温度で溶融もしくは軟化するものであ
ればとくに制限はないが、通常行われている押出成型温
度１００〜３５０℃で押出し可能なものが良い。中でも
ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、
ポリ塩化ビニル系、ポリビニルアルコール系、ポリスチ
レン系などの熱可塑性エラストマが可撓性や屈曲性の点
から好ましく使用される。

ここで熱可塑性エラストマとは常温でゴム弾性を示し高
温で押出し可能な可塑性を示すものであるが、ショアＤ
硬度硬度が低いもの程、可撓性が良好であり、より多量
のカーボン粒子およびセラミックス粒子を分散配合でき
るばかりでなく、できあがった糸状発熱体を屈曲させた
場合に被覆された発熱層に割れや切断を生じにくいため
好ましい。ここで熱可塑性エラストマとしてはショアＤ
硬度が７０以下のものが好ましく、６０以下のものが更
に好ましく使用される。

これらの合成樹脂は二種以上をブレンド使用しても良い
し、その際二種以上の樹脂がブロック化あるいはグラフ
ト化することにより反応していても良い。

本発明に使用するカーボン粒子は、特に制限はないが、
通常粉体として市販されているカーボンブラックおよび
グラフフィトを使用することができる。具体的には、カ
ーボンブラックとしてアセチレンブラック、チャンネル
ブランク、ファーネスブラック等が挙げられ、グラフフ
ィトとして天然に産出する生状黒鉛、リン片状黒鉛、リ
ン状黒鉛、および人工的に造られる黒鉛が挙げられる。

これらのカーボン粒子は、１種または２種以上混合して
使用することができ、その平均粒子径としては、合成樹
脂に対する分散性の点から０．００１〜１００μｍ１好
ましくは０、００５〜５０μｍ　、ざらに好ましくは０
．０１〜２０μｍである。

本発明に使用するセラミックス粒子は、糸状発熱体とし
ての使用温度において固体であり、遠赤外放射能を有す
る酸化物および炭化物等であれば、特に制限はなく、天
然の鉱石も含まれる。

具体的には、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化第二
鉄、酸化チタン、五酸化二バナジウム、酸化亜鉛、酸化
ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、炭酸カルシウム、
ホウ化ランタン、炭化ホウ素、炭化モリブデン、炭化ケ
イ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、水晶、雲
母、蛍石、方解石、石ロウ、明パン等が挙げられる。

これらのセラミックス粒子は、１種または２種以上混合
して使用することができ、その平均粒子径としては、合
成樹脂に対する分散性の点から０．００１〜１１００ｔ
１．好ましくは０．００５〜５０μｍ１さらに好ましく
は０．０１〜２０μｍである。

カーボン粒子とグラフフィト粒子との合計配合量は合成
樹脂に対し、好ましくは２０〜２００重量％であり、よ
り好ましくは３０〜１２０重量％である。前記２０重量
％より少ない場合には、発熱体として十分な導電性を保
持することが難しく、前記２００重里％より多い場合に
は、導電性樹脂の加熱流動性が悪くなり、芯糸に該導電
性樹脂を均一に被覆することが難しい。また、セラミッ
クス粒子としては、本発明の遠赤外線を放射する糸状の
発熱体を得る目的上、導電性樹脂中に合成樹脂に対し、
０゜０１〜１８０重量％。

好ましくは０．１〜９０重量％配合される。　また、本
発明における導電性樹脂は、目的に応じて種々の改質剤
や添加剤を含有することができる。

本発明においては、必要に応じて発熱層を複数層設ける
ことも行なわれる。この場合、合成樹脂中に分散された
カーボン粒子およびセラミックス粒子の組成および含有
量を、必要に応じ各層毎に変更することができる。例え
ば、外層はどセラミックス粒子を多くするもの、発熱層
と遠赤外線輻射層とを分離し、セラミックス粒子層を外
周の電気絶縁層に形成するもの等である。

本発明により製造される糸状発熱体の抵抗値は、前記合
成樹脂中に分散含有されるカーボン粒子およびセラミッ
クス粒子の含有量、被覆する層の厚さ等により適宜設定
することができる当りの発熱量が大きすぎ、また、１０
０にΩ／ｍを越えると単位長さ当りの発熱量が小さ過ぎ
るため均一加熱可能な低温発熱体として使用する上で好
ましくない。

本発明により製造される糸状発熱体の糸径は必要とされ
る導電性および製品形態によって適宜選択できるが、で
きるだけ細いものが好ましく、発熱層を被覆した糸状の
発熱体の状態で１ｍｍ径以下のものが好ましい。また、
本発明により製造される糸状の発熱体の横断面形状とし
ては後工程である製品化工程の工程通過性の点からでき
るだけ真円に近いものが好ましい。

次に本発明の糸状遠赤外線放射発熱体の製造方法につい
て一例を挙げて説明する。

第１図に本発明の製造方法として好ましく用いられる実
Ｍ態様の一例を示す。芯糸１は実質的に延伸されること
なく連続走行しながらダイ５に入り、一方力−ボン粒子
およびセラミックス粒子を分散配合した導電性樹脂２は
メルトエクストルーダー３で加熱溶融あるいは加熱流動
化され計量ポンプ４で連続計量される。計量された該導
電性樹脂は芯糸１とは別口からダイ５に入り、第２図に
示したようにダイ５の中のニップル９を通過してきた芯
糸上に溶融被覆される。導電性樹脂を被覆された芯糸は
、ダイ５のダイ孔８から出た後、オーバーフロー型の冷
却水槽６で水冷され、巻き取り機で巻き取られる。

かくして得られた本発明の糸状遠赤外線放射発熱体は、
可撓性に富み、耐屈曲性、耐摩耗性等の渫械的強度に優
れ発熱層中にボイドがなく発熱線単位長さ当りの抵抗値
が均一であり、各種の発熱体製品の発熱素材、特に低温
発熱素材として有利に利用できる。以下、実施例により
本発明を具体的に説明する。なお実施例中、得られた糸
状遠赤外線放射発熱体の特性の測定は次の方法で行なっ
た。

Ａ、電気抵抗値：テスターを用いて２５ｃＩｆｔ当たり
の抵抗値をｎ＝４０で測定し、その平均値を１ｍ当たり
に換算して求めた。

Ｂ、糸径：糸横断面の顕微鏡観察の平均径から決定した
。

Ｃ１可撓性：糸状発熱体を手で折り曲げた際の柔軟性レ
ベルで表示した。

◎：非常に良好０：良好 Δ：やや不良実施例１第１図において、ニップル孔０．４０ｍｍφのニップル
を通って５０ＴｒＬ／分の速度で連続走行している融点
２６０℃のポリエステル双糸の紡績糸（断面積：　　０
．０３１ｘ１０−６況）に、融点が１６３°Ｃでショア
Ｄ硬度が４０（ＪＩＳ　　Ｋ６３０１規格でのＡ硬度に
よれば９０）のポリエステルエラストマ（東し・デュポ
ン製“ハイトレル″−４０５７＞に平均粒子径４０ｍμ
のカーボンブラック４０重量部と平均粒子径１，２μｍ
の酸化ジルコニウム　１０重量部を分散配合した導電性
樹脂を２００℃で溶融し、計量ポンプ１０Ｘ１０−６Ｔ
Ｔｌ！／分（ＶＳ　／Ｖｍ＝１．２５）の割合で連続針
ＭＬ、タイ孔径０．６ｍｍφ（断面積０．２８３ｘ　１
０−”ｍ　）のダイを通して溶融被覆した。

得られた糸状の発熱体は柔軟でおり、糸径０．５４　ｍ
ｍφ、　１３．６にΩ／Ｈの電気抵抗値で’Ｉｆ６ツだ
。その断面を顕微鏡で観察したところ、発熱、＠と芯糸
との密舌牲は良好であり。また、介層にはボイドが仝く
ながった。

このものは、回転輻射計による観測の結果遠赤外線の放
射性能に優れていることが観測れた。

実施例２〜９表１において導電性樹脂の組成を変更した。

とを除いて、実施例１と同じ方法により糸状（発熱体を
得た。いづれにおいてもボイドは仝（なかった。また、
回転輻射計による観測の結５遠赤外線の放射性能に優れ
ていることが観測上れた。

（以下余白）熱　　　　　　　　　　　　表　１ざり退実圧倒１０ショアＤ硬度が４０以下（ＪＩＳ　　Ｋ６３０１規格で
のＡ硬度によれば８０）のアジピン酸系ポリウレタン樹
脂１ｏｏ１１部に平均粒子径４０ｍμのカーボンブラン
９５０重＠部と平均粒子径０．８６μｍの酸化アルミニ
ウム１０重量部を分散含有した導電性樹脂を用いた以外
は実施例１と同じ方法により糸状の発熱体を製造した。

得られた糸状の発熱体は柔軟であり、糸径０．５４ｎ＋
ｍφ、　１２．９にΩ／ｍの電気抵抗値であった。発熱
層にボイドはなく、また遠赤外線の放射性能に優れてい
ることが観測された。

比較実施例１実施例１０に使用したアジピン酸系ポリウレタン樹脂１
００重量部をメチルエチルケトンとジメチルホルムアミ
ドとの混合溶媒（重量部８０：２０）６３０　重量部に
均一に溶解したのち、平均粒子径４０ｒｒｔμのカーボ
ンブラック５０重量部と平均粒子径０．８６μｍの酸化
アルミニウム１０重量部とを前記溶液に添加分散させた
。

この導電性樹脂溶液（以下樹脂液という）を攪拌しなが
ら、その中に実施例１に使用したポリエステル紡績系を
２０℃で２ｍ１分の速度で浸漬、通過させたのち、直径
が０．６ｍｍφのダイスを通過させることにより樹脂液
付着量硬調節した。使用したダイスは、ステンレス製で
、糸掛は時に２分割できるタイプのものを使用した。

ひきつづいて１２０℃に調節した乾燥機を通過さぜ、芯
糸の周囲にカーボン粒子およびグラフ１イト粒子を分散
、含有するポリウレタン樹脂の発熱層を乾燥固着させた
。

この第１段の乾燥固着プロセスと全く同一手法で第２段
処理を行なった。このときのダイスの直径は０．７叩φ
を用いた。さらに、第１段。

第２段と全く同様の手法で第３段処理を重ねた。

このときのダイの直径はｏ、　ｓｉｎφであった。

このようにして得た糸状の発熱体の電気抵抗値は１５．
２にΩ／ＴｒＬであったが測定サンプルの抵抗値のばら
つきが太きく２０にΩ／ｍ以上の値を示すものもあった
。また、糸の横断面は、凹凸のあるダ円形をしており、
芯糸もかなり偏在化していた。

〔発明の効果〕

本発明では合成樹脂中にカーボン粒子およびセラミック
ス粒子を分散した導電性樹脂を溶融計量しながら連続走
行する芯糸の周囲に被覆すさせるので発熱層を芯糸の周
囲に均一な厚みで、しかも密着して被覆させることがで
き、かつボイドがほとんどないために、可撓性に冨み、
単位長さ当たりの抵抗値が均一であり、セラミックス粒
子がカーボン粒子の通電による発熱により遠赤外線を均
一に放射する糸状の発熱体を提供できるようになった。

本発明により得られる糸状遠赤外線放射発熱体は極めて
柔軟性に富みしかも耐摩耗性、耐屈曲性等の機械特性に
優れるので構成等の加工性と、人体に対するフィツト性
に優れるので衣料、健康増進用具として有利に使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の糸状発熱体の製造装置の一例であり、
第２図はのダイの断面図を示す。１：芯糸２：熱可塑性導電性樹脂３：メルトエクストルーダー４：計量ポンプ５：ダイ６：冷却水槽７：巻き取り機８：ダイ孔９：ニップル１０：ニップル孔

Claims

【特許請求の範囲】

（１）連続走行している芯糸の周囲に、合成樹脂中にカ
ーボン粒子および、セラミックス粒子を分散配合した導
電性樹脂を加熱流動下で溶融計量し、鞘状に押し出し被
覆したのち、冷却固化することにより、該導電性樹脂よ
り構成される発熱層を該芯糸の周囲上に連続形成させる
ことを特徴とする糸状遠赤外線放射発熱体の製造方法。
（２）導電性樹脂中のカーボン粒子とセラミックス粒子
との合計配合量が合成樹脂に対して２０〜２００重量％
であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載
の糸状遠赤外線放射発熱体の製造方法。
（３）合成樹脂がショアＤ硬度７０以下の熱可塑性エラ
ストマであることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
項または第（２）項記載の糸状遠赤外線放射発熱体の製
造方法。
（４）カーボン粒子がカーボンブラックであることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項、第（２）項、また
は第（３）項記載の糸状遠赤外線放射発熱体の製造方法
。