JPS63270874A - 糸状発熱体の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は可撓性に富み、長期間の使用に耐える電気的に
発熱する糸状発熱体の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来から、機器類の保温ないし加熱用に金属細線から成
る可撓性の発熱線が使用されているが、特に、電気型イ
［、カーペット等民生用にも広く普及し、その便利さか
ら今摂益々商品に多様化が促進される趨勢におる。

従来、これらの発熱体には、ステンレス線、ニクロム線
等の金属細線から成る抵抗体が使用されていたが、前記
の各製品に可撓性でおることを要求され、る場合には、
可撓性の芯糸に極細い抵抗線をスパイラル状にまきつけ
たもの、布帛上にカーボン粒子を樹脂バインダーにより
固着させたもの等が使用されている。

しかしながら、これらは何れも、耐屈曲性、耐Ｊｌ性等
の点で要求する性能を満たすことができず、また、可撓
性が不足しており、その改善が要求されている。

可撓性に富む糸状の発熱体を得る試みとして、例えば、
ナイロンのコンジュゲートフィラメントを加熱により軟
化させるか、あるいは膨潤剤により膨潤させて、カーボ
ンブラック粒子をフィラメント表層部に固着させて糸状
の発熱体と発熱素子として用いるには適ざないものであ
る。

また、補強材である芯糸にアクリル樹脂などの接着剤を
塗布した後、導電性粒子を接着させて糸状の発熱体とし
た実公昭＝１０−１５７５０号公報がある。これらの方
法ではカーボン粒子を均一に固着させるのは刊しく、し
たがって抵抗値にバラツキが大きく、要求される抵抗値
のものを工業的に安定して供給することができなかった
。

また、導電性粒子をゴムまたはプラスチックに配合した
導電性樹脂を芯糸に被覆した発熱体が実公昭３８−１４
７０号公報にＵｉ］示されているが、導電性粒子として
はカーボンブラック粒子のみ配合した導電性樹脂であり
、そのため体積固有抵抗（比抵抗）がたかだか２００ｃ
ｍ程度であり、０．３〜１．５麿φの径を有する糸状発
熱体として加工しても十分な発熱効果を有するものが得
られないばかりでなく、また被覆して得られた発熱体は
抵抗値のバラツキが大きく、工業的に安定して供給する
ことは到底困欠（１であった。

ざらにまた、直鎖低密度ポリエチレンとポリプロピレン
もしくは高密度ポリエチレンにカーボンブラック粒子と
グラフ１イト粒子を分散した導電性樹脂をフィルム状に
成型した面状発熱体として使用した特開昭５８−２２３
２０９号公報がおる。この導電性樹脂を使用してフィル
ム状の発熱体として′も、耐屈曲性、耐摩擦性等の点で
要求する性能を満たすことができず、また可撓性が不φ
しており、用途が限定されることから、それらの改善が
要求されていた。

［Ｒ明が解決しようとする問題点コ 本発明は、かかる従来の問題点を改善し、可撓性に富み
、長さ当りの抵抗値のバラツキが小ざく、長期間安定し
て使用でき、低温発熱体として好ましく使用される糸状
発熱体の製造方法を提供するものでおる。

［問題点を解決するための手段］ 前記した本発明の目的は、連続走行している芯糸の周囲
に、ポリウレタン樹脂市殻へ一ボンブラック粒子および
グラファイト粒子を分散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、該導電性樹脂より梠成される導電層を該
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
１σ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しめ
る孔を有するダイから成る装置が好ましく、ざらに該ニ
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
加熱流動し始める温度以上、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し
出し速度 Ｖｍ　　（ｍ／分）は、下式 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　　（ｍ／分）のｖｍ
に対する速度比（ＶＳ　／Ｖｍ　）は均一な導電性樹脂
付＠闇を有し、芯糸と該樹脂の密着性が良好である糸状
の発熱体がＩＪられる点から、０．９以上３以下である
ことが好ましい。本発明に用いる芯糸の素材としては、
天然繊維、再生繊維または合成繊維の糸条が用いられる
が、発熱体として通常使用される温度、すなわち、２０
〜１００℃という低温範囲で長期間安定した性能を維持
できるものが好ましい。ここで、金属繊維とはポリアミ
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、耐薬品性でおり、
上記発熱体使用＠度範囲（２０〜１００℃）での劣化が
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ｌＩ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、
導電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
ードヤーンあるいは′ｍ高加工を施したフィラメントな
どが好ましい。また、生糸の断面形状を異形とすればざ
らに好ましい。紡績糸やマルチフィラメントの場合、撚
糸、特に双糸や玉子を芯糸とする糸状発熱体は、布帛と
したときに方向ムラがなく、品質が良好となるため好ま
しい。

カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子を分散配
合させるポリウレタン樹脂と芯糸の両方に対する親和性
の高い物質で、あらかじめ芯糸を処理しておくことも好
ましい。

本発明で使用するポリウレタン樹脂とは、発熱体の使用
温度範囲（２０〜１００℃）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
るもので必ればとくに制限はなく、例えばアジピン酸と
１．４−ブタンジオールより合成したポリエステルにジ
フェニルメタン−４，４−ジイソシアネートを反応させ
て！Ｊ！！製したポリエステル型ポリウレタン樹脂であ
る。

本発明において上記ポリウレタン樹脂を使用することに
より得られる糸状発熱体は、耐屈曲性および耐摩擦性に
優れ、十分な可撓性を有する。

本発明に使用するカーボンブラック粒子は、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
を使用することができ、具体的にはアセチレンブラック
、チャンネルブラック、ファーネスブラック等が挙げら
れる。これらのカーボンブラック粒子は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、ポリウレタン樹脂に対する分散性の点から通常１
〜５００ＴｒＬμ、好ましくは５〜３００ＴｒＬμ、ざ
らに好ましくは１０〜２００ｍμのものが使用される。

本発明に使用するグラファイト粒子は、特に制限はない
が、通常粉体として市販されているグラファイト、すな
わち天然に産出する生状黒鉛、リン片状黒鉛、リン状黒
鉛や人工的に造られる黒鉛を使用することができる。こ
れらのグラファイト粒子は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、ポリウ
レタン樹脂に対する分散性の点から０゜１〜１００μｍ
、好ましくは０．２〜５０μ扉、ざらに好ましくは０．
５〜２０μｍのものが使用される。カーボンブラック粒
子とグラファイト粒子との合計配合ｍはポリウレタン樹
脂に対し所望の抵抗値を有する糸状発熱体が得られる点
より、好ましくは６０〜１５０ｆｆｌｆｆｉ％で必り、
より好ましくは７０〜１３０ｍｆｆ１％である。６０重
母％未満では得られる糸状発熱体の抵抗値が高くなるの
で単位容積当たりの発熱口が低下し、また、前記１５０
重量％を越えるとポリウレタン樹脂が不足するので１ｑ
られる糸状発熱体の抵抗値バラツキが大きくなり、しか
も耐屈曲性、耐摩擦性等の殿械的強度が低下する傾向に
おる。カーボンブラック粒子とグラファイト粒子の配合
ｌｆｆ１比（カーボンブラック粒子／グラファイト粒子
）は、好ましくは１〜４、より好ましくは１．５〜２．
５である。前記１未満または４を越えると得られる糸状
発熱体の抵抗値が高くなるので単位容積当たりの発熱口
が低下する傾向となり、しかも抵抗値のバラツキも大き
くなる。

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、必要に応じて導電層を複数層設ける
ことも行なわれる。この場合、ポリウレタン樹脂中に分
散さμたカーボンブラック粒子およびグラフ１イ１〜粒
子の組成および含有量を、必要に応じて各層毎に変更す
ることができる。例えば、糸状発熱体の表面滑性を高め
るために、最外層における含有量を内層より少なくする
等適宜に決定して実施できる。

本発明の糸状発熱体の抵抗値は、ポリウレタン樹脂中に
含有されるカーボンブラック粒子およびグラファイト粒
子の含有量、被覆する層の厚さ等により適宜決定するこ
とができるが、好ましくは１〜’１００ＫΩ／ｍ、より
好ましくは３〜５０にΩ／ｍである。抵抗値が１にΩ／
雇未満であるとＢ１１位長さ当たりの発熱ｍが大きすぎ
、また、１００にΩ／雇を越えると単位長さ当たりの発
熱量が小さ過ぎるため、本発明の発熱体の主要な用途で
ある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。また、その抵抗値のバラツギＣＶ（％）はで
きるだけ小さいことが゛好ましく、好ましくは１０％以
下、より好ましくは８％以下でおり、ざらに好ましくは
６％以下である。

本発明の糸状発熱体の糸径は必要とされる導電層および
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、導ＩＪＮを被覆した糸状発熱体の状態で
１．５ＭｎＭｎ下のものが好ましい。

本発明の糸状発熱体の製造方法の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
施態様の一例を示す。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、一方ポリウレタン
樹脂中にカーボンブラック粒子およびグラファイト粒子
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
続に１ｍされる。計瓜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のニップル孔１０を通過してきた芯糸上
に溶融被覆される。導電性樹脂を被覆した芯糸はダイ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７で轡き取られる。

かくして得られた本発明の糸状発熱体は、可撓性に富み
、耐屈曲性、耐摩擦性等の機械的強度に優れ、単位長さ
当た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。

［実施例］ 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１ｍ当たりの抵抗値
をｎ−４０で測定し、その平均値とそのＣＶ（％）−標
準偏差÷平均値Ｘ１００を求めた。

Ｂ、糸径：糸横断面の顕微鏡観察による平均径から決定
した。

実施例１ 第１図においてニップル孔０．４０ｍφの二ップルを通
って５０ｍ／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：　０．０３１　
Ｘ　１０−６ｍ２）に、アジピン酸系ボリウＩノタン樹
脂１００重量部に平均粒子径４０７ｎμのカーボンブラ
ック粒子５０重量部と平均粒子径８．８μ几のグラファ
イト粒子３０重化部を分散含有した導電性樹脂を２００
°Ｃで溶融し計量ポンプによりＩＯＸＩＯ−６ｍ’／分
（Ｖｓ　／Ｖｍ−１，２５＞の割合で連続計量し、ダイ
孔径０．６＃φ（断面積０．２８３×１Ｏ−６Ｔ１１２
）のダイを通して溶融被覆した。

得られた糸状の発熱体は、０．５４Ｍφの径を有し、電
気抵抗（１αは、平均値が１２．８にΩ／ｍ、そのＣＶ
が４．８％であり、均一でめった。その断面を顕微鏡で
観察したところ、導電層と芯糸との密着性は良好でおっ
た。また、この糸状発熱体を数十回子で折り曲げ、柔軟
であることを確認した。

実施例２〜１５ カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子の配合量
を表１のように変更した点を除き、実施例１と同様の方
法で糸状発熱体を製造した。

実施例２〜１５により得た糸状発熱体の外径は０．５４
ｍｍφであり、はぼ均一な抵抗値を示した。また、十分
に柔軟であることを確認した。

比較実施例１ カーボンブラック粒子８０重邑部を用い、グラファイト
粒子を使用せず、実施例１と同様の方法により、糸状発
熱体を製造した。得られた糸状発熱体の外径は０．５４
％φ゛で必り、また柔軟性を有していたが、長さ当たり
の抵抗値は’１５８．０＃ｍと高く、そのｃｖは１３．
７％でおり抵抗値のバラツキが大きかった。

比較実施例２ グラフアイ１−粒子８０重１部を用い、カーボンブラッ
ク粒子を使用せず、実施例１と同様の方法により、糸状
発熱体を製造した。得られた糸状発熱体の外径は０．５
４８φであり、また柔軟性を有していたが、長さ当たり
の抵抗値は１４５．３にΩ／ｍと高く、そのＣＶは１８
゜７％であり抵抗値のバラツキが大きかった。

比較実施例３ 直鎖低密度ポリエチレン２４重ｎ部と高密度ポリエチレ
ン７６ｍ１部の混合物に、平均粒子径４０ｍμのカーボ
ンブラック粒子４８重量部と平均粒子径８．８μｍのグ
ラファイト粒子１２重量部を配合した導電性樹脂（体積
固有抵抗：１．６Ω・α）を用いて、実施例１と同じ方
法により０．５４８径を有する糸状発熱体を製造した。

この発熱体の抵抗値を測定したところ、８２．１にΩ／
ｍであり、発熱効果を有することは確認できたが、これ
を数十日子で折り曲げたところ、導電層に亀裂が生じた
。

［発明の効果］ 本発明の糸状発熱体は、可撓性に富み、導電層（発熱層
）と芯糸との接着が良好で屈曲、摩擦等により剥＋ｔｉ
ｔｔ、難く、かつ長期間安定して使用し得る糸状の発熱
体でおる。これにより、製織編可能で、衣料分野、連装
分野、農業、水産、土木分野など各種の用途に適用でき
る発熱体を提供し得たものである。熱論、自動車、７１
！ＩＩなどの車両や航空曙、船舶、宇宙ロケットなどあ
らゆる乗物にも適用され１ｊ７る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の糸状終発熱体の製造装置の一例であり
、第２図はその中のダイの断面図を示す。 １：芯糸 ２：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 (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続走行している芯糸の周囲に、ポリウレタン樹
   脂中にカーボンブラック粒子およびグラファイト粒子を
   分散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導電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発熱体の製造方法。
2. （２）カーボンブラック粒子およびグラファイト粒子の
   合計配合量がポリウレタン樹脂に対し、６０〜１５０重
   量％であることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の糸状発熱体の製造方法。
3. （３）カーボンブラック粒子とグラファイト粒子の配合
   重量比（カーボンブラック粒子／グラファイト粒子）が
   １〜４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）項記載の糸状発熱体の製造方法。