CN116917560A - 芯鞘复合纤维、其制造方法及纤维结构体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供芯鞘复合纤维及其制造方法以及纤维结构体。上述芯鞘复合纤维的芯成分(12)包含熔融各向异性芳香族聚酯(A聚合物),鞘成分包含弯曲性热塑性聚合物(B聚合物)及熔融各向异性芳香族聚酯(C聚合物)。上述鞘成分具有B聚合物形成海成分、C聚合物形成岛成分、并且上述岛成分形成的多个岛部(18)分散于由上述海成分形成的海部(14)中的海岛结构。
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本申请主张2021年3月4日在日本提出申请的日本特愿2021-34707的优先权,通过参照引用其全体作为本申请的一部分。
技术领域
本发明涉及具有熔融各向异性芳香族聚酯作为芯成分、耐原纤性提高、耐磨损性优异的芯鞘复合纤维、其制造方法、以及纤维结构体。
背景技术
已知熔融各向异性芳香族聚酯纤维具有高强力高弹性模量,但这些纤维的分子链沿着纤维轴方向高度取向,因此存在容易因磨损而发生原纤化的问题。因此,提出了一种复合纤维,其通过一方面以熔融各向异性芳香族聚酯作为芯成分,另一方面用鞘成分包覆周围,从而抑制了原纤化。
例如,专利文献1(日本特开2002-20932号公报)中公开了一种复合纤维,其芯成分由熔融各向异性芳香族聚酯(A)形成,鞘成分由含有聚合物(A)0~10%的弯曲性聚酯(B)形成,聚酯(B)的固有粘度[η]为0.65dl/g以上。
专利文献1中记载了通过在鞘成分中混合与芯成分相同的聚合物而提高鞘成分的强力、并且同时提高与芯成分的粘接性。
专利文献2(日本特开2008-255535号公报)中公开了一种芯鞘复合纤维,其满足:芯成分由熔融各向异性芳香族聚酯(A聚合物)形成,鞘成分具有海岛结构,且鞘成分比为0.2~0.7,并且构成该鞘成分的海成分由弯曲性热塑性聚合物(B聚合物)形成,岛成分由熔融各向异性芳香族聚酯(C聚合物)形成,鞘成分中的岛成分比为0~0.25,其中,所述复合纤维在纤维表面附着有以硅酸盐化合物作为主成分的无机微粒0.03~2.5质量%。
专利文献2中记载了由于不具有熔融各向异性的聚合物与熔融各向异性聚酯的粘接性低,容易剥离,因此,通过由熔融各向异性聚酯和不具有熔融各向异性的聚合物构成的混合物而形成鞘成分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-20932号公报
专利文献2:日本特开2008-255535号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而,在专利文献1中,在鞘成分中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例超过10%的情况下,会在纤维表面产生凹凸,纺丝性变差,因此,否定了鞘成分中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例提高。
另外,对于专利文献2中记载的复合纤维而言,尽管记载了通过在纤维表面附着以硅酸盐化合物作为主成分的无机微粒0.03~2.5质量%,从而能够抑制纤维间的胶粘,提高解舒性,但是,关于纤维的原纤化抑制,仅仅提及了通过使用弯曲性热塑性聚合物作为海成分而大幅改善耐原纤性、耐磨损性。
如果能够以熔融各向异性芳香族聚酯作为芯成分,并在用鞘成分包覆了周围的芯鞘复合纤维的鞘成分中大量混合熔融各向异性芳香族聚酯而不损害纺丝性,则能够使芯与鞘的粘接性更牢固,抑制鞘剥离,实现比以往更高的磨损性。另外,出于同样的理由,能够将鞘减薄,其结果是,可以通过芯侧的熔融各向异性芳香族聚酯来提高强度,因此优选。
因此,本发明的目的在于提供提高芯鞘复合纤维的鞘成分中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例、并且抑制原纤化、纺丝性变差、且耐磨损性优异的芯鞘复合纤维。
解决问题的方法
本发明的发明人等为了实现上述目的而进行了深入研究,结果发现,如果在具有熔融各向异性芳香族聚酯作为芯成分的芯鞘复合纤维中,(I)将鞘成分设为具有由熔融各向异性芳香族聚酯形成的岛部的海岛结构,提高海岛结构中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例,则能够通过芯与鞘的粘接性的改善而防止鞘剥离,进一步提高磨损性,并且能够将鞘减薄,能够通过芯成分的熔融各向异性芳香族聚酯而提高强度,但是,(II)另一方面,注意到由于熔融各向异性芳香族聚酯的高比例而使纺丝状态明显变差,鞘成分发生原纤化,从而将纺丝状态的改善和抑制鞘成分的原纤化作为新的课题。而且发现,(III)通过提高鞘成分中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例,并且以特定的牵伸值抽取在特定的温度下进行鞘成分的混炼而喷出的排出丝,从而能够使由熔融各向异性芳香族聚酯形成的岛部微分散于海部中而控制岛部的形状,其结果是,即使在鞘成分中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例高的情况下,也能够保持良好的纺丝状态,并且抑制芯鞘复合纤维的原纤化,而且即使在将鞘减薄的情况下也能够提高耐磨损性,由此完成了本发明。
即,本发明可以由以下的方式构成。
〔方式1〕
一种芯鞘复合纤维,其芯成分包含熔融各向异性芳香族聚酯(A聚合物),鞘成分包含弯曲性热塑性聚合物(B聚合物)及熔融各向异性芳香族聚酯(C聚合物),上述鞘成分具有上述B聚合物形成海成分、上述C聚合物形成岛成分、并且由上述岛成分形成的多个岛部分散于由上述海成分形成的海部中的海岛结构,其中,
上述鞘成分中的岛成分的比例超过10重量%,而且,
在将该芯鞘复合纤维沿着纤维长度方向切断而得到的截面,在纤维垂直方向上具有最大的宽度的岛部的最大宽度W为0.65μm以下(优选为0.60μm以下、更优选为0.55μm以下、进一步优选为0.50μm以下),
在具有上述最大宽度W的岛部中,沿着从纤维长度方向一端朝向另一端,与以相对于上述纤维长度方向而确定的角度10°延伸的上述鞘成分中的斜线相接的岛部中,与上述斜线重合的长度的斜向长度的最大长度L1与上述岛部的最大宽度W之比L1/W为5.0以上(优选为5.1以上、更优选为5.2以上、进一步优选为5.3以上、进一步更优选为5.5以上)。
〔方式2〕
根据方式1所述的芯鞘复合纤维,其中,
上述斜向长度的最大长度L1为1.0μm以上(优选为1.3μm以上、更优选为1.5μm以上、进一步优选为1.7μm以上)。
〔方式3〕
根据方式1或2所述的芯鞘复合纤维,其中,
在将上述芯鞘复合纤维沿着纤维长度方向切断而得到的截面中,上述鞘成分中的上述岛部的纤维长度方向的长度L2为450~1000μm(优选为500~800μm、更优选为550~650μm)。
〔方式4〕
根据方式1~3中的任一方式所述的芯鞘复合纤维,其中,
上述鞘成分的厚度为0.8~5.0μm(优选为0.9~4.0μm、更优选为0.9~3.8μm)。
〔方式5〕
根据方式1~4中的任一方式所述的芯鞘复合纤维,其中,
上述A聚合物和上述C聚合物为相同种类的熔融各向异性芳香族聚酯。
〔方式6〕
根据方式1~5中的任一方式所述的芯鞘复合纤维,其中,
芯成分/鞘成分为20/80~97/3(优选为50/50~96/4、更优选为60/40~95/5、进一步优选为70/30~94/6、进一步更优选为75/25~93/7、特别优选为80/20~92/8、最优选为82.5/17.5~90/10),所述芯成分/鞘成分为上述芯成分与上述鞘成分的重量比。
〔方式7〕
根据方式1~6中的任一方式所述的芯鞘复合纤维,其中,
该芯鞘复合纤维的单丝纤度为1~120dtex(优选为2~60dtex、更优选为2.5~30dtex、进一步优选为3~15dtex)。
〔方式8〕
一种芯鞘复合纤维的制造方法,上述芯鞘复合纤维的芯成分包含熔融各向异性芳香族聚酯(A聚合物),鞘成分包含弯曲性热塑性聚合物(B聚合物)及熔融各向异性芳香族聚酯(C聚合物),上述鞘成分具有上述B聚合物形成海成分、上述C聚合物形成岛成分、并且由上述岛成分形成的多个岛部分散于由上述海成分形成的海部中的海岛结构,
该方法至少具备:
混炼工序,使用双螺杆挤出机,以相对于B聚合物的熔点(Mb)为(Mb)℃以上、而且相对于C聚合物的熔点(Mc)℃为(Mc-20)℃以上且低于(Mc)℃将上述鞘成分所使用的B聚合物及C聚合物进行混炼,并且使用与上述鞘成分所使用的上述双螺杆挤出机不同的挤出机将上述芯成分所使用的A聚合物进行熔融、混炼;
喷出工序,将在该混炼工序中分别进行了混炼的鞘成分及芯成分复合并喷出,得到排出丝;以及
抽取工序,以牵伸值计以13~50(优选为15~45、更优选为16~40、进一步优选为19~38、特别优选为20~35)对喷出的排出丝进行抽取,所述牵伸值为卷取速度相对于喷出速度之比。
〔方式9〕
根据方式8所述的芯鞘复合纤维的制造方法,该方法具有:
热处理工序,对通过上述喷出工序而得到的纤维实施热处理。
〔方式10〕
一种纤维结构体,其在至少一部分包含方式1~7中的任一方式所述的芯鞘复合纤维。
在本说明书中,“将芯鞘复合纤维沿着纤维长度方向切断而得到的截面”与将芯鞘复合纤维以包含该纤维长度方向的平面切断而观察到的截面的含义相同,以下,有时称为“纤维纵截面”。另外,纤维垂直方向是指在纤维纵截面中相对于纤维长度方向正交的方向(或与纤维长度方向垂直的方向)。
需要说明的是,权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个构成要素的任意组合也包含于本发明中。特别是,权利要求书中记载的2个以上权利要求的任意组合也包含于本发明中。
发明的效果
根据本发明的芯鞘复合纤维,对于具有熔融各向异性芳香族聚酯作为芯成分且鞘成分为海岛结构的芯鞘复合纤维而言,可以得到即使在将鞘成分的岛部设为熔融各向异性芳香族聚酯并提高了其比例的情况下也能够通过使岛部微分散而抑制纺丝中的岛成分的凝聚、提高芯鞘复合纤维的耐原纤性、耐磨损性优异的纤维。
附图说明
通过参考附图对以下的优选实施例进行说明,可更加清楚地理解本发明。然而,实施例及附图仅用于图示及说明,不应被用于限定本发明的范围。本发明的范围由附带的权利要求书确定。在附图中,多个附图中的相同的构件的编号表示相同部分。
图1A是本发明的一个实施方式的芯鞘复合纤维的立体示意图。
图1B是将该芯鞘复合纤维沿着纤维长度方向切断而观察到的剖面示意图。
图2是将该芯鞘复合纤维的鞘成分局部放大表示的放大剖面示意图。
图3是将该芯鞘复合纤维以与纤维长度方向垂直的平面切断而观察到的剖面示意图。
图4是该芯鞘复合纤维的纺丝所使用的喷丝头的结构的剖面示意图。
具体实施方式
以下,基于示例对本发明详细地进行说明。本发明的一个方式为一种芯鞘复合纤维,其具备芯成分和包覆该芯成分的鞘成分,鞘成分具有包含海成分及岛成分的海岛结构。芯成分包含熔融各向异性芳香族聚酯(A聚合物),鞘成分包含弯曲性热塑性聚合物(B聚合物)及熔融各向异性芳香族聚酯(C聚合物),B聚合物形成海成分,C聚合物形成岛成分。
(芯成分)
芯成分所使用的熔融各向异性芳香族聚酯(A聚合物)是指在熔融相中显示出光学各向异性(液晶性)的聚合物。例如,通过将试样载置于加热台,在氮气氛围中进行升温加热,观察试样的透射光,从而可以认定是否为熔融各向异性芳香族聚酯。作为本发明的熔融各向异性芳香族聚酯,由来自于例如芳香族二醇、芳香族二羧酸、芳香族羟基羧酸等的重复结构单元而构成,只要不损害本发明的效果,对于来自于芳香族二醇、芳香族二羧酸、芳香族羟基羧酸的结构单元的化学构成没有特别限定。另外,在不损害本发明的效果的范围内,熔融各向异性芳香族聚酯可以包含来自于芳香族二胺、芳香族羟基胺或芳香族氨基羧酸的结构单元。例如,作为优选的结构单元,可以列举表1所示例子。
[表1]
(其中,式中的X选自以下的结构)
(其中,m=0~2,Y=选自氢、卤原子、烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、芳烷基氧基的取代基)
在表1的结构单元中,m为0~2的整数,式中的Y可以在1~可取代的最大数量的范围内各自独立地举出氢原子、卤原子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)、烷基(例如甲基、乙基、异丙基、叔丁基等碳原子数1~4的烷基等)、烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、异丙氧基、正丁氧基等)、芳基(例如苯基、萘基等)、芳烷基[苄基(苯基甲基)、苯乙基(苯基乙基)等]、芳氧基(例如苯氧基等)、芳烷基氧基(例如苄基氧基等)等。
作为更优选的结构单元,可举出下述表2、表3及表4所示的例(1)~(18)中记载的结构单元。需要说明的是,在式中的结构单元为可表示多个结构的结构单元时,也可以将两种以上这样的结构单元组合而作为构成聚合物的结构单元来使用。
[表2]
[表3]
[表4]
在表2、表3及表4的结构单元中,n为1或2的整数,各结构单元n=1、n=2可单独存在或组合存在,Y1及Y2可以各自独立为氢原子、卤原子(例如氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等)、烷基(例如甲基、乙基、异丙基、叔丁基等碳原子数1~4的烷基等)、烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、异丙氧基、正丁氧基等)、芳基(例如苯基、萘基等)、芳烷基[苄基(苯基甲基)、苯乙基(苯基乙基)等]、芳氧基(例如苯氧基等)、芳烷基氧基(例如苄氧基等)等。其中,优选为氢原子、氯原子、溴原子或甲基。
另外,作为Z,可举出以下述式表示的取代基。
[化学式1]
熔融各向异性芳香族聚酯可以优选为具有萘骨架作为结构单元的组合。需要说明的是,特别优选包含来自于羟基苯甲酸(简称:HBA)的结构单元(A)和来自于羟基萘甲酸(简称:HNA)的结构单元(B)这两者。例如,作为结构单元(A),可举出下述式(A),作为结构单元(B),可举出下述式(B),从提高熔融成型性的观点考虑,结构单元(A)与结构单元(B)的比率可以优选为9/1~1/1、更优选为7/1~1/1、进一步优选为5/1~1/1的范围。
[化学式2]
[化学式3]
另外,对于(A)的结构单元和(B)的结构单元的总计而言,例如相对于全部结构单元可以为65摩尔%以上,可以更优选为70摩尔%以上,可以进一步优选为80摩尔%以上。在聚合物中,特别优选为(B)的结构单元为4~45摩尔%的熔融各向异性芳香族聚酯。
本发明中可优选使用的熔融各向异性芳香族聚酯的熔点优选为250~360℃的范围,更优选为260~320℃。这里所述的熔点是指通过基于JIS K7121的试验方法而测得的值,是通过差示扫描量热仪(例如株式会社岛津制作所DSC:Differential scanningcalorimetry)观察到的主吸热峰的峰值温度。
需要说明的是,在不损害本发明效果的范围内,上述熔融各向异性芳香族聚酯中可以添加聚对苯二甲酸乙二醇酯、改性聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、氟树脂等热塑性聚合物。另外,还可以包含氧化钛、高岭土、二氧化硅、氧化钡等无机物、碳黑、染料、颜料等着色剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂等各种添加剂。
(鞘成分)
鞘成分具有海岛结构,弯曲性热塑性聚合物(B聚合物)形成了海成分,熔融各向异性芳香族聚酯(C聚合物)形成了岛成分。
作为形成海成分的弯曲性热塑性聚合物(B聚合物),可举出在主链上不具有芳香环的聚合物、或者在主链上具有芳香环且在芳香环间的主链上存在4个以上原子的聚合物,具体可举出例如:聚烯烃;聚酰胺;聚碳酸酯;聚苯硫醚(简称:PPS);聚对苯二甲酸乙二醇酯、改性聚对苯二甲酸乙二醇酯、非晶性聚芳酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(简称:PEN)等聚酯;聚醚醚酮;氟树脂等。这些弯曲性热塑性聚合物可以单独使用或组合两种以上使用,可以将一者作为主要(例如,占据80重量%以上)的热塑性聚合物,并将除此以外作为待添加的热塑性聚合物。其中,优选PPS、PEN为主的热塑性聚合物。
另外,弯曲性热塑性聚合物可以包含氧化钛、二氧化硅、氧化钡等无机物、炭黑、染料或颜料等着色剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、成核剂等各种添加剂。
形成岛成分的熔融各向异性芳香族聚酯(C聚合物)可举出在上述A聚合物中记载的熔融各向异性芳香族聚酯,可以与A聚合物相同,也可以不同,从亲和性的观点考虑,优选为主要的结构单元相同的熔融各向异性芳香族聚酯。另外,A聚合物与C聚合物可以是主要的结构单元相同、而且例如仅添加的热塑性聚合物或添加剂不同的同种类的聚合物。
另外,C聚合物的熔点(Mc)可以在能够使C聚合物微分散于B聚合物的范围内适当选择,例如,相对于B聚合物的熔点(Mb),C聚合物的熔点(Mc)可以为(Mb-10)~(Mb+80)℃的范围,也可以为Mb~(Mb+70)℃的范围。
此外,从纺丝性的观点考虑,C聚合物的熔融粘度η例如可以为10~60Pa·s,可以优选为20~50Pa·s、更优选为25~45Pa·s。
需要说明的是,本发明中所述的熔融粘度η是指,在温度T(在C聚合物的熔点(Mc)为290℃以上的情况下T=(Mc+10)℃,在熔点Mc低于290℃的情况下T=300℃)、剪切速度1000sec-1的条件下测得的熔融粘度。
(芯鞘复合纤维的制造方法)
本发明的芯鞘复合纤维可以通过至少制备混炼工序和喷出工序的制造方法来制造。制造工序可以进一步具备热处理工序。
在混炼工序中,使用双螺杆挤出机将鞘成分所使用的上述B聚合物及上述C聚合物进行熔融、混炼,并且使用与上述鞘成分所使用的上述双螺杆挤出机不同的挤出机将芯成分所使用的A聚合物进行熔融、混炼。
特别是在B聚合物及C聚合物的混炼所使用的双螺杆挤出机中,将该双螺杆挤出机中的混炼部的设定温度设定为相对于B聚合物的熔点(Mb)为(Mb)℃以上、而且相对于C聚合物的熔点(Mc)为(Mc-20)℃以上且低于(Mc)℃,并且通过在混炼部以自如旋转的方式支撑的平行双轴的螺杆的旋转,能够实现鞘成分中的多个岛部的微分散化。
需要说明的是,将芯成分所使用的上述A聚合物进行熔融、混炼的挤出机可以是单螺杆挤出机,也可以是双螺杆挤出机。另外,在使用将B聚合物与C聚合物预先在上述条件下混合化而成的原料的情况下,由于已经能够实现鞘成分中的多个岛部的微分散化,因此,鞘成分的熔融混炼所使用的挤出机可以为单螺杆挤出机,也可以为双螺杆挤出机。
在混炼工序中,从实现耐原纤化的提高且抑制芯成分的露出的观点考虑,芯成分与鞘成分的比例以芯成分/鞘成分的重量比(以下,有时简称为芯鞘比)计例如可以为20/80~97/3,可以优选为50/50~96/4、更优选为60/40~95/5、进一步优选为70/30~94/6、进一步更优选为75/25~93/7、特别优选为80/20~92/8、最优选为82.5/17.5~90/10。特别是在芯成分为50%以上的情况下,能够提高复合纤维的强度,因而优选。芯成分与鞘成分的重量比例如可以通过在制造时分别投入至后述的各挤出机中的芯成分与鞘成分的重量比等而求出。
鞘成分中的岛成分的比例超过10重量%,可以优选为15重量%以上、更优选为20重量%以上。通过提高岛成分的比例,能够巩固由岛成分带来的芯成分与鞘成分的固着效果。另一方面,如果岛成分的比例过高,则岛成分发生凝聚的可能性增高,因此,岛成分可以为40重量%以下,可以优选为35重量%以下。
在喷出工序中,可以通过将在上述混炼工序中分别进行了混炼后的鞘成分及芯成分从例如图4所示的结构的喷丝头进行复合并喷出,从而纺丝为截面(纤维横截面)圆形形状的芯鞘复合纤维。
相对于A聚合物的熔点(Ma),喷出时的喷丝头温度(纺丝温度)例如可以为(Ma+10)~(Ma+60)℃,可以优选为(Ma+15)~(Ma+40)℃、更优选为(Ma+20)~(Ma+35)℃。
微分散的岛部的形状可通过牵伸值来控制,喷出后的排出丝可以以牵伸值13~50进行抽取,可以优选以15~45、更优选以16~40、进一步优选以19~38、特别优选以20~35进行抽取。需要说明的是,排出丝是指,从喷嘴孔喷出且未实施拉伸的丝、即是具有与喷嘴孔径基本相同的纤维直径的丝,另外,牵伸值是指纺丝时的卷取速度相对于喷出速度之比。
可以进一步对纺丝后的纤维进行热处理。通过热处理,不仅能够提高鞘成分中的B聚合物的取向结晶度,而且能够使熔融各向异性芳香族聚酯进行固相聚合,能够提高芯鞘复合纤维的强度。
在热处理中,可以将纺丝后的纤维在氮气等非活性气体氛围中、或含氧的活性气体(例如,空气)氛围中在常压或减压下进行热处理。
在进行热处理的情况下,热处理气体氛围优选为露点为-50℃以下、优选为-60℃以下、更优选为-70℃以下的低湿气体。作为热处理条件,可举出相对于A聚合物的熔点(Ma)从(Ma-20)℃以下、优选为(Ma-30)℃以下、更优选为(Ma-40)℃以下依次升温至鞘成分的熔点以下的温度模式。
作为热的供给方法,有使用气体介质的方法、通过加热板、红外线加热器等利用辐射的方法、利用高频等的内部加热方法等。处理形式可以是卷对卷的连续生产,也可以是基于绞纱状、丝束状、将纺丝原丝退卷于热处理用管筒的批次生产。
从防止由热处理后的丝的胶粘所导致的鞘剥离等的观点考虑,可以根据需要在纤维的纺丝中或纺丝后、且热处理前在纤维的表面涂布无机微粒。作为上述无机微粒,优选为以滑石、云母为代表的以硅酸盐化合物作为主成分的无机微粒。
与专利文献2不同,在本发明中,即使不附着无机微粒,也具有良好的解舒性,从进一步提高解舒性的观点考虑,也可以进行无机微粒的附着。
通过在纤维的纺丝中或纺丝后、且热处理前使无机微粒均匀地附着于纤维的表面,能够防止丝彼此直接接触,避免丝的胶粘。需要说明的是,以硅酸盐化合物作为主成分的无机微粒大多是非活性的,即使附着于纤维,也不会观察到纤维的物性降低。
上述无机微粒对纤维的表面的附着方法只要是能够均匀地附着于纤维的方法即可,没有任何限定。例如,将使无机微粒搅拌分散于纺丝油剂中而成的材料使用涂油辊或鸭嘴笔进行附着的方法简便,因而优选。
从均匀地附着于纤维表面的观点考虑,附着于芯鞘复合纤维的表面的无机微粒的平均粒径例如可以为0.01~10μm、优选为0.02~5μm的范围。附着于芯鞘复合纤维的表面的无机微粒的附着量可以为0.03~2.5质量%、优选为0.1~2.3质量%的范围。
(芯鞘复合纤维)
图1A是本发明的一个实施方式的芯鞘复合纤维的立体示意图,图1B是将该芯鞘复合纤维沿着纤维长度方向切断而观察到的剖面示意图。芯鞘复合纤维10具有由芯成分形成的芯部12和由鞘成分形成的鞘部14。
图2是将图1B的II部局部放大而示出的放大剖面图。如图1B及图2所示,在将芯鞘复合纤维以包含其纤维中心轴的方式沿着纤维长度方向切断而得到的截面(纤维纵截面)中,鞘部14形成了海岛结构,在海部16中形成了多个岛部18。岛部在海部中微分散,岛部的形状得到了控制。
对于本发明的芯鞘复合纤维而言,由于提高了海成分中的岛成分的比例,并且使岛部微分散,因此,不仅能够通过多个岛部使鞘部与芯部的固着性变得牢固,抑制鞘剥离,还能够抑制鞘部的原纤化。
岛部在微分散的情况下基本上为大致椭圆形状且沿着纤维长度方向延伸。如果岛部的直径大,则来自岛成分的在纤维表面的凹凸变得更大。原纤的产生源自于该纤维表面的凹凸的大小,因此,优选岛部的最大直径小。另外,如果岛部为沿着纤维长度方向长长地延伸的形状,则能够发挥固着效果,因而优选。即,仅测定一个纤维横截面中的岛部的直径,是无法考虑到由岛部的长度产生的固着效果所带来的贡献的,但是在鞘部的显微镜照片中,在长度方向上观察岛部的形状,对于具有最大的宽度的岛部,不仅考虑该岛部的宽度,也考虑其长度而对岛部的形状进行评价,由此,能够在考虑到由岛部的固着效果所带来的贡献度的同时,对原纤性进行评价。因此,在选择了具有最大宽度W的岛部后,对于该岛部,如图2所示,从纤维长度方向一端朝向另一端,对于与以相对于上述纤维长度方向而确定的角度α(10°)延伸的斜线重合的长度的斜向长度的最大长度L1进行测定,计算出L1/W,由此能够对考虑到了纤维长度方向的伸长的岛部的形状进行评价。
首先,可以从纤维纵截面的放大图像中选择具有上述最大宽度W的岛部。具体而言,通过后述的扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope:SPM),沿着纤维长度方向以100μm以上且1000μm以下观察纤维纵截面,在该观察范围中,将岛部的与纤维长度方向垂直的方向(纤维垂直方向)的长度达到最大的部位的数值作为测定值。其中,观察范围不需要连续,可以是随机提取的多个视野部分的合计。例如,在纤维纵截面的观察范围中,从沿着纤维长度方向延伸的多个岛部中,提取多个纤维垂直方向的长度相对较大的岛部,将提取到的岛部的纤维垂直方向长度作为岛部的宽度进行比较,由此能够确定具有最大宽度的岛部。在该例中,在纤维纵截面中,将鞘成分的上侧及下侧部分中的仅任一部分(例如图1B的下侧部分)作为观察范围即可。另外,在该例中,通过扫描探针显微镜对纤维纵截面进行观察,求出了岛部的最大宽度,只要能够求得岛部的最大宽度,也可以利用除扫描探针显微镜以外的方法。需要说明的是,在纤维切断时,为了使由应力带来的影响为最小限度,优选在进行树脂包埋而将纤维固定后进行切断。
岛部的最大宽度W为0.65μm以下,可以优选为0.60μm以下、更优选为0.55μm、进一步优选为0.50μm以下。岛部的最大宽度超过上述上限值时,存在耐原纤性变得不足的隐患。另外,岛部的最大宽度W可以为0.07μm以上,也可以为0.1μm以上。
选择具有最大宽度W的岛部之后,对该岛部连续地沿着长度方向进行观察,如图2所示,从纤维长度方向一端朝向另一端,测定与以相对于上述纤维长度方向而确定的角度α(10°)延伸的斜线重合的长度的斜向长度的最大长度L1。在上述斜向长度的最大长度L1与最大宽度W之比L1/W为5.0以上的情况下,芯鞘复合纤维能够抑制原纤化,并且能够提高由岛部带来的固着效果。上述L1/W优选为5.1以上,可以更优选为5.2以上、进一步优选为5.3以上、进一步更优选为5.5以上。L1/W的上限值没有特别限制,可以为10以下。
上述斜向长度的最大长度L1是与最大宽度W的值相应地变化的值,例如可以为1.0μm以上,可以优选为1.3μm以上、更优选为1.5μm以上、进一步优选为1.7μm以上。在斜向长度的最大长度L1为上述下限值以上的情况下,存在对于芯成分的固着效果增高的倾向。另外,上述斜向长度的最大长度L1可以为3.3μm以下,可以优选为3.1μm以下、更优选为2.9μm以下。在斜向长度的最大长度L1为上述上限值以下的情况下,存在原纤化受到抑制的倾向。
在上述纤维纵截面中,鞘成分中的具有最大的宽度的岛部的纤维长度方向的长度L2例如可以为450~1000μm,可以优选为500~800μm、更优选为550~650μm。L2越长,越能够提高对于芯成分的固着效果。该岛部的纤维长度方向的长度可以根据纤维纵截面的放大图像而求出。另外,也可以通过排出丝求出岛部的纤维长度方向的长度,以用该值乘以牵伸值而得到的计算值的形式计算出。
从防止芯成分的露出、确保纤维的强度的观点考虑,鞘成分的厚度例如可以为0.8~5.0μm,可以优选为0.9~4.0μm、更优选为0.9~3.8μm。
如图3所示,对于鞘成分的厚度而言,例如可以通过在将芯鞘复合纤维沿着与纤维长度方向垂直的平面切断而观察到的截面(以下,有时称为“纤维横截面”)中,根据该纤维横截面的放大图像等而求出。具体而言,可以通过扫描显微镜等对纤维横截面进行拍摄,在将纤维外周三等分的任意3个点,测定从芯成分的外圆周面至鞘成分的外圆周面的径向距离,根据其平均值而求出鞘成分的厚度。需要说明的是,在纤维切断时,为了使由应力带来的影响为最小限度,优选进行树脂包埋而将纤维固定后进行切断。
芯鞘复合纤维的单丝纤度例如可以为1~120dtex,优选为2~60dtex、更优选为2.5~30dtex、进一步优选为3~15dtex。该单丝纤度例如可以基于JIS L 1013“化学纤维长丝试验方法”来测定。另外,芯鞘复合纤维可以为单丝纱,也可以为包含2根以上单丝纱的复丝。
芯鞘复合纤维在25℃气体氛围中的拉伸强度例如可以为10cN/dtex以上,可以优选为13cN/dtex以上、更优选为15cN/dtex以上、进一步优选为18cN/dtex以上、进一步更优选为20cN/dtex以上。拉伸强度的上限值没有特别限制,可以为30cN/dtex以下。这里,拉伸强度是参考JIS L 1013试验法而测得的值。需要说明的是,在芯鞘复合纤维为复丝的情况下,考虑由纤维的对齐所引起的强度的变化,可以从复丝中抽出1根,以单丝拉伸强度的形式进行测定。
芯鞘复合纤维的耐原纤性优异,对于该芯鞘复合纤维,使试验对象的纤维分别通过以120°的角度相互交错地配置的3个梳形导丝器,对各纤维施加1g/dtex的负载,在行程长度3cm、速度95次/分的条件下实施30000次的往复运动的情况下,平均每3cm纤维长度产生的平均毛刺数(5次平均)例如可以为1以下,可以优选为0.5以下。这里,利用相机将芯鞘复合纤维放大20倍时,可以观察到毛刺为1mm以下的小毛刺(原纤)、大于1mm的毛刺、鞘剥离。
本发明的芯鞘复合纤维可以通过通常的方法进行织制、编制,另外,可以根据弯曲性热塑性聚合物的种类通过通常的方法进行染色。例如在弯曲性高分子为聚酯类聚合物的情况下,可以通过使用了分散染料的以往的聚酯纤维的染色方法进行染色。
本发明的芯鞘复合纤维可以适当地用作各种纤维结构体,本发明的纤维结构体在至少一部分包含本发明的芯鞘复合纤维。作为纤维结构体,可举出绳索、混纤丝等一维结构体、织物、编物、无纺布等二维结构体等高级加工品。纤维结构体可以由芯鞘复合纤维单独构成,也可以在不妨害本发明效果的范围内包含其它构成构件。在暂时形成了纤维结构体后,可以通过上述的染色方法对纤维结构体进行染色。
在纤维结构体为织物的情况下,作为织物组织,没有特别限定,例如可举出平纹组织、斜文组织、缎纹组织、变化平纹组织、变化斜文组织、变化缎纹组织、花式组织、提花组织、单层组织、双层组织、多层组织、经起绒组织、纬起绒组织、纱罗组织等。另外,在纤维结构体为编物的情况下,作为编物组织,没有特别限定,例如可举出圆形编织、纬编、经编(包含特里科经编、拉舍尔经编)、毛圈编织、平针编织、针织组织、罗纹组织、双罗纹组织(两面编织)、罗纹编织、双反面组织、经平组织编织、经绒组织、经编缎纹组织、链组织、夹衬组织等。
实施例
以下,通过实施例对本发明更详细地进行说明,但本发明并不受本实施例的任何限定。需要说明的是,在以下的实施例及比较例中,通过下述的方法对各种物性进行了测定。
[纤度]
基于JIS L 1013:2010 8.3.1A法,使用大荣科学精器制作所制的检尺器,将芯鞘复合纤维100m卷取于卷线轴,将其重量(g)乘以100倍,每1个水平进行3次测定,将上述3次的测定值的平均值作为得到的纤度(dtex)。
[拉伸强度]
基于JIS L 1013,使用USTER公司制的强度伸长率测定仪“TENSORAPID5”,在将试验长度20cm、拉伸速度10cm/分、初始负载设为0.33g/dtex的条件下,对每1个样品进行5次测定,将上述5次的测定值的平均值作为强度(cN/dtex)。需要说明的是,在芯鞘复合纤维为复丝的情况下,从复丝中取出1根,对单丝拉伸强度进行了测定。
[鞘成分的厚度]
将芯鞘复合纤维包埋于环氧树脂中,将该包埋物以与纤维长度方向垂直的平面切断,由此进行了纤维横截面的截面制作。在该纤维横截面中,通过显微镜,在将纤维外周三等分的任意3个点测定从芯部的外圆周面至鞘部的外圆周面的径向距离,计算出其平均值,作为鞘成分的厚度。
[岛部长度、岛部最大宽度]
将芯鞘复合纤维包埋于环氧树脂中,通过横截面抛光仪(CP)将该包埋物沿纤维长度方向切断,由此进行了纤维纵截面的截面制作。在该纤维纵截面中,通过扫描探针显微镜(SPM)在纤维长度方向上以100μm以上且1000μm以下进行观察。在观察范围中,从沿着纤维长度方向延伸的多个岛部中提取了多个纤维垂直方向的长度相对较大的岛部,将提取到的岛部的纤维垂直方向的长度作为岛部的宽度,进行比较,对于具有最大宽度的岛部,确定了岛部的最大宽度W。另外,对于具有最大宽度W的岛部,测定了纤维长度方向的长度L2。
[岛部斜向长度的最大长度]
接下来,对于具有最大宽度W的岛部,从纤维长度方向一端朝向另一端,测定与以相对于上述纤维长度方向而确定的角度α(10°)延伸的斜线重合的长度中最长的线段,将其作为岛部的斜向长度的最大长度L1。
[耐磨损性]
使用大荣科学精器制作所制造的TM型抱合力试验机(型号TM-200),使试验对象的纤维分别通过以120°的角度相互交错地配置的3个梳形导丝器,对各纤维施加1g/dtex的负载,在行程长度3cm、速度95次/分的条件下实施30000次的往复运动,通过相机放大至20倍,确认了毛刺的状态。进行上述试验5次,对于每3cm纤维的长度,分别观察有无毛刺的产生。需要说明的是,对于产生的毛刺,区分长度为1mm以下的微小毛刺和长度大于1mm的毛刺,按照以下的基准进行了评价。
(有无毛刺的产生)
◎:在5次试验中1次都没观察到毛刺
○:在5次试验中1次以上观察到了毛刺,但1次都没观察到长度大于1mm的毛刺
×:对于在5次试验中1次以上观察到了毛刺,1次以上观察到了长度大于1mm的毛刺
此外,对于在5次试验中1次以上观察到了毛刺产生的情况,测定产生的毛刺个数,计算为进行5次上述试验的平均值。
[实施例1]
按照以下的方法制造了芯鞘复合纤维。
在芯成分中,使用了结构单元(P:HBA)与(Q:HNA)的摩尔比为73/27的熔融各向异性芳香族聚酯[熔点(Ma):278℃、熔融粘度(MVa):32.1Pa·s]作为聚合物A。另外,在鞘成分中,使用了PEN[熔点(Mb):266.3℃、熔融粘度(MVb):100Pa·s]作为形成海成分的B聚合物,使用了与上述聚合物A同样的熔融各向异性芳香族聚酯[熔点(Mc):278℃、熔融粘度(MVc):32.1Pa·s]作为形成岛成分的C聚合物。
在混炼工序中,通过各自的挤出机对芯成分和鞘成分进行熔融混炼。在鞘成分的混炼工序中,将B聚合物及C聚合物进行混合,使得鞘成分中的岛成分的比例成为30重量%,混炼挤出开始后,将双螺杆挤出机的混炼部的设定温度设定为266℃((Mc-12)℃),充分地进行混炼后(低温混炼工序),在喷出工序中,通过将鞘成分比控制为0.35(以芯鞘比(重量比)计为65/35)的具有图4的结构的喷丝头,以纺丝温度310℃、牵伸值22.3倍进行纺丝,得到了10.3dtex的单丝纱的芯鞘复合纤维。纺丝性良好,可以在不断丝的情况下进行采集。
接着,作为热处理工序,将得到的纤维退卷于热处理管筒,逐步提高处理温度,将最高温度设为260℃,在氮气氛围中进行18小时。从热处理管筒的解舒性没有问题,得到的热处理丝具有表5所示的性能。
[实施例2~8]
将芯鞘比、鞘成分中的岛成分的比例、长丝数、单丝纤度、牵伸值如表5所示地进行了变更,除此以外,与实施例1同样地制造了芯鞘复合纤维。将结果示于表5。纺丝性均良好,可以在不断丝的情况下进行采集。
[比较例1]
将鞘成分的B聚合物和C聚合物的切片通过手工混合进行混合,使用得到的切片混合物,将B聚合物及C聚合物以使鞘成分中的岛成分的比例达到30重量%的方式进行混合,在低温混炼工序中,使用单螺杆挤出机在310℃下进行熔融混炼,通过将鞘成分比控制为0.35(以芯鞘比(重量比)计为65/35)的具有图4的结构的喷丝头,以纺丝温度310℃、牵伸值9.9倍进行了纺丝,除此以外,与实施例1同样地实施纺丝、热处理,制造了芯鞘复合纤维。纺丝性差,存在断丝的情况。将结果示于表5。
[比较例2]
以使鞘成分中的岛成分的比例达到20重量%的方式进行了混合,除此以外,与比较例1同样地制造了芯鞘复合纤维。纺丝性差,存在断丝的情况。将结果示于表5。
[比较例3]
以使鞘成分中的岛成分的比例达到5重量%的方式进行了混合,除此以外,与比较例1同样地实施纺丝、热处理,制造了芯鞘复合纤维。如专利文献1中所记载的那样,由于鞘成分中的岛成分的比例为10重量%以下,因此纺丝性良好,可以在不断丝的情况下进行采集。将结果示于表5。
[比较例4]
以鞘成分比为0.15(以芯鞘比(重量比)计为85/15)、并以牵伸值15.5进行了纺丝,除此以外,与比较例1同样地制造了芯鞘复合纤维。纺丝性差,存在断丝的情况。将结果示于表5。
[比较例5]
在鞘成分的混炼工序中,进行了与实施例1同样的低温混炼工序,除此以外,与比较例1同样地实施纺丝、热处理,制造了芯鞘复合纤维。纺丝性良好,可以在不断丝的情况下进行采集。将结果示于表5。
如表5所示,在实施例1~8中,即使均提高了鞘成分中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例,通过控制鞘成分的海岛结构的岛部的形状,也能够兼顾高的耐磨损性和纺丝性。
实施例1~8均在基于30000次往复运动的磨损试验中未观察到大于1mm的毛刺的产生,因此,也未发生鞘剥离,耐磨损性优异。特别是在实施例2~3中,可能由于岛部的最大宽度小,因此连1mm以下的微小原纤都没有观察到。此外,在实施例1及4~5中,虽然岛部的最大宽度大于实施例2~3,但可能由于通过减小岛部的宽度、加长岛部的长度能够增大岛部的斜向长度的最大长度L1/最大宽度W,因此,连1mm以下的微小原纤都没有观察到,或者在5次测定中仅观察到1次。
特别是在实施例4~5中,通过控制鞘成分中的岛部形状,即使将鞘减薄,也能够保持耐磨损性,而且,由于芯成分比高,强度也增高。
另外,无论是单丝纤度小的实施例6中,还是单丝纤度大的实施例7~8,通过控制鞘成分中的岛部形状,显示出比比较例1~3更良好的耐磨损性。
另一方面,比较例1由于未对鞘成分进行特定的熔融混炼工序,因此纺丝性不良,在纺丝中发生了断丝。另外,在比较例1中,虽然具有与实施例1相同的芯鞘比及鞘成分中的岛成分的比例,但在得到的芯鞘复合纤维的鞘部中岛部的最大宽度大于实施例1,显示出具有很大的岛部。此外,可能由于岛部的斜向长度的最大长度/最大宽度小,因此无法发挥鞘成分的固着效果,在耐磨损试验中的毛刺的评价时,不仅产生了1mm以下的小毛刺(原纤),而且也产生了比实施例1比更多的毛刺数量,此外,还产生了大于1mm的毛刺,发生了鞘剥离。另外,关于纤维强度,也显示出比实施例1更低的值。
在比较例2中,虽然具有与实施例2相同的芯鞘比及鞘成分中的岛成分的比例,但由于未对鞘成分进行特定的熔融混炼工序,因此与实施例2相比,岛部的最大宽度大,显示出具有很大的岛部。在耐磨损试验中的毛刺的评价时,也产生了比实施例2更多的毛刺数量,此外,还产生了大于1mm的毛刺,发生了鞘剥离。另外,关于纤维强度,也显示出比实施例2更低的值。
在比较例3中,尽管鞘成分中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例低于实施例1及2,但与实施例1及2相比,岛部最大宽度大,显示出具有很大的岛部。在耐磨损试验中的毛刺的评价时,也产生了比实施例1及2更多的毛刺数量,此外,还产生了大于1mm的毛刺,发生了鞘剥离。另外,关于纤维强度,也显示出了比实施例1及2更低的值。
在比较例4中,虽然具有与实施例5相同的芯鞘比及鞘成分中的岛成分的比例,但由于未对鞘成分进行特定的熔融混炼工序,因此,岛部的斜向长度的最大长度/最大宽度小,产生了大于1mm的毛刺,发生了鞘剥离。
在比较例5中,由于具有与实施例1相同的芯鞘比及鞘成分中的岛成分的比例,并对鞘成分进行了特定的熔融混炼工序,因此岛成分的最大宽度小,但由于纺丝时的牵伸值小,因此岛部的斜向长度的最大长度/最大宽度小,产生了大于1mm的毛刺,发生了鞘剥离。
工业实用性
对于本发明的芯鞘复合纤维而言,由于通过提高鞘成分中的熔融各向异性芳香族聚酯的比例而能够保持高强度/高弹性模量且抑制原纤化,因此,可以充分适用于抗拉部件(电线、光纤、脐带电缆、加热线包芯纱、耳机等各种电子产品的线等)、篷布、绳索(海洋、登山、起重机、游艇、拖轮等)、登山绳、运动用网、吊索、救生索、钓鱼线、缝纫棉线、纱窗线、渔网、绳钩、土工格栅、防护手套、防护衣/户外衣服的防撕裂面料、骑行服、运动用球拍、羊肠线、医疗用导管增强材料、缝合线、丝网纱、过滤器、印刷基板用基布、网状传送带、造纸用带、干燥器用帆布、飞船、气球、安全气囊、扬声器喇叭、各种软管/导管用的增强材料、轮胎/传送带等橡胶/塑料等的增强材料等高级加工产品等。另外,由于能够通过一般的方法进行染色,因此特别是能够良好地适用于篷布、登山绳、运动用网、钓鱼线、渔网、绳钩、防护衣/户外衣服的防撕裂面料、橡胶/塑料等的增强材料、一般衣服等高级加工产品等。
如上所述,参照附图并对本发明的优选实施方式进行了说明,本领域技术人员阅读本说明书,可容易地想到在显而易见的范围内进行各种变更及修正。因此,这样的变更及修正被解释为由权利要求书确定的发明的范围内。
Claims (10)
1.一种芯鞘复合纤维,其芯成分包含作为熔融各向异性芳香族聚酯的A聚合物,鞘成分包含作为弯曲性热塑性聚合物的B聚合物及作为熔融各向异性芳香族聚酯的C聚合物,所述鞘成分具有所述B聚合物形成海成分、所述C聚合物形成岛成分、并且由所述岛成分形成的多个岛部分散于由所述海成分形成的海部中的海岛结构,其中,
所述鞘成分中的岛成分的比例超过10重量%,而且
在将该芯鞘复合纤维沿着纤维长度方向切断而得到的截面中,岛部的最大宽度W为0.65μm以下,
在具有所述最大宽度W的岛部中,沿着从纤维长度方向一端朝向另一端,与以相对于所述纤维长度方向而确定的角度10°延伸的所述鞘成分中的斜线相接的岛部中,与所述斜线重合的长度的斜向长度的最大长度L1与所述岛部的最大宽度W之比L1/W为5.0以上。
2.根据权利要求1所述的芯鞘复合纤维,其中,
所述斜向长度的最大长度L1为1.0μm以上。
3.根据权利要求1或2所述的芯鞘复合纤维,其中,
在将所述芯鞘复合纤维沿着纤维长度方向切断而得到的截面中,所述鞘成分中的所述岛部的纤维长度方向的长度L2为450~1000μm。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的芯鞘复合纤维,其中,
所述鞘成分的厚度为0.8~5.0μm。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的芯鞘复合纤维,其中,
所述A聚合物及所述C聚合物由主要的结构单元相同的熔融各向异性芳香族聚酯构成。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的芯鞘复合纤维,其中,
芯成分/鞘成分为20/80~97/3,所述芯成分/鞘成分为所述芯成分与所述鞘成分的重量比。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的芯鞘复合纤维,其中,
该芯鞘复合纤维的单丝纤度为1~120dtex。
8.一种芯鞘复合纤维的制造方法,所述芯鞘复合纤维的芯成分包含作为熔融各向异性芳香族聚酯的A聚合物,鞘成分包含作为弯曲性热塑性聚合物的B聚合物及作为熔融各向异性芳香族聚酯的C聚合物,所述鞘成分具有所述B聚合物形成海成分、所述C聚合物形成岛成分、并且由所述岛成分形成的多个岛部分散于由所述海成分形成的海部中的海岛结构,
该方法至少具备:
混炼工序,使用双螺杆挤出机,以相对于B聚合物的熔点(Mb)为(Mb)℃以上、而且相对于C聚合物的熔点(Mc)℃为(Mc-20)℃以上且低于(Mc)℃将所述鞘成分所使用的B聚合物及C聚合物进行混炼,并且使用与所述鞘成分所使用的所述双螺杆挤出机不同的挤出机将所述芯成分所使用的A聚合物进行熔融、混炼;
喷出工序,将在该混炼工序中分别进行了混炼的鞘成分及芯成分复合并喷出,得到排出丝;以及
抽取工序,以牵伸值计以13~50对喷出的排出丝进行抽取,所述牵伸值为卷取速度相对于喷出速度之比。
9.根据权利要求8所述的芯鞘复合纤维的制造方法,该方法具有:
热处理工序,对通过所述喷出工序而得到的纤维实施热处理。
10.一种纤维结构体,其在至少一部分包含权利要求1~7中任一项所述的芯鞘复合纤维。
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