DE60117666T2

DE60117666T2 - Flache synthetische Faser, Herstellungsverfahren und daraus hergestellter Vliesstoff

Info

Publication number: DE60117666T2
Application number: DE60117666T
Authority: DE
Inventors: Tomonari Chiba-Shi Deguchi; Chitose Yoshimura; Tomoyuki Terao
Original assignee: Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: US20020106510A1; DE60117666D1; EP1211338B1; EP1211338A1; US6485828B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flaches synthetisches Harz mit einem abgeflachten Bereich oder Gebiet teilweise oder als Ganzes durch die Faser und ein Verfahren zur Herstellung der synthetischen Faser. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein flaches synthetisches Harz, das zur Verwendung bei der Herstellung eines Vliesstoffs mit einer hohen Festigkeit und guten Beschaffenheit auch bei niedriger Flächenmasse geeignet ist, sowie ein einfaches und effizientes Verfahren zur Herstellung des flachen synthetischen Harzes.
Teilweise flache Fasern aus linearen synthetischen Polymeren sind z.B. in FR-A-1 462 511 beschrieben.
Im Allgemeinen wird ein Vliesstoff durch Binden eines gewebeartigen oder bahnartigen fasrigen Aggregats als Grundmaterial mit einem Harzbindemittel (nachstehend auch einfach als „Bindemittel" bezeichnet) oder Klebefasern oder durch Behandeln des Grundmaterials gemäß der Nadel- oder Wasserstrahltechnik hergestellt, um so Fasern sich überkreuzen zu lassen. Wenn das Produkt eine gewünschte Festigkeit besitzen soll, wird allerdings das vorstehende Verfahren, das ein Bindemittel oder Klebefasern verwendet, insbesondere das Verfahren, das ein Bindemittel verwendet, übernommen. In diesem Fall wird das Bindemittel an die Schnittpunkte geklebt, und die Fasern werden miteinander verbunden, um so die Festigkeit des resultierenden Vliesstoffs zu verbessern.
Poly(p-phenylenbenzobisoxazol) (nachstehend als „PBO" bezeichnet), Poly(p-phenylenbenzobisthiazol), Poly(p-phenylenbenzobisimidazol), Poly(2,5-benzoxazol) und Poly(2,6-benzobisthiazol) sind Beispiele für Polybenzazole (nachstehend als „PBZ" bezeichnet) oder Polymere mit Heteroatom enthaltenden Ringen. Zum Beispiel kann PBO durch Polymerisationsreaktion von Diaminoresorcin mit Terephthalsäure in Polyphosphorsäure als Lösungsmittel erhalten werden. Die PBO-Faser wird durch Spinnen dieser polymerisierten Spinnlösung gemäß einer Trocken- oder Nass-Spinntechnik, Waschen des gesponnenen Produkts mit Wasser und dann Trocknen der so hergestellten Faser hergestellt. Die Faser zeigt ziemlich hohe Molekülorientierung auch bei leichter Dehnung, sie kann daher leicht ihre auf volle Länge gestreckte Kettenstruktur annehmen, und zeigt eine höhere Festigkeit und ein höheres Elastizitätsmodul als jene, die für die Kohlenstofffaser beobachtet werden. Außerdem zeigt sie auch die höchsten Werte für die thermische Zersetzungstemperatur und Flammenhemmung unter den existierenden organischen Fasern, und sie ist als Superfaser für die nächste Generation erwartet worden, und es gab Wünsche für die Entwicklung einer breiten Vielfalt von Anwendungen der Faser.
Ein Beispiel für im Handel erhältliche PBO-Fasern ist ZYLON (erhältlich bei Toyobo Co., Ltd.) und Beispiele für Formen der Faser sind gesponnene Garne, Filamente, Stapel, Schnittfasern und Faserbrei. Der hier verwendete Begriff „Schnittfaser" bedeutet ein Produkt, das durch Binden von kontinuierlichen Fasern in ein Bündel und anschließendes Zerschneiden des Faserbündels in Stücke mit einer vorbestimmten Größe erhalten wird, und der hier verwendete Begriff „Faserbrei" bedeutet ein Produkt, das durch Schlagen von Schnittfasern, um so die Fasern teilweise (wie die Oberfläche) oder vollständig zu fibrillieren, erhalten wird. Es ist beabsichtigt worden, sie als Reibungsmaterialien, Verstärkungsfasern für Dichtungen und FRP-Verstärkungsfasern zu verwenden. Allerdings ist es auch möglich, einen Vliesstoff unter Verwendung von Schnittfasern zu erzeugen. Zum Beispiel offenbart das japanische Patent Kokai Nr. 2000-165000, dass der aus PBO-Fasern hergestellte Vliesstoff sehr versprechend als Grundmaterial für gedruckte Platinen ist.
Allerdings besitzt der Vliesstoff aus PBZ-Fasern, wie PBO-Fasern, schlechte Arbeitseigenschaften, zum Beispiel beim Aufschlitzen. Außerdem besitzt eine Schichtplatte, die als Grundmaterial einen Vliesstoff aus PBZ-Fasern umfasst, schlechte Arbeitseigenschaften, zum Beispiel die Eignung für die Perforierung der Schichtplatte mit Laserstrahlen und die Eignung zum Bohren derselben. Dies wird eine Ursache eines ernsten Problems, das zum Beispiel beim Bearbeiten einer Schichtplatte für gedruckte Platinen auftritt.
Als ein Mittel zum Lösen der vorstehenden Probleme wäre es denkbar, die Dicke eines solchen Gewebes zu verringern, während man seine Flächenmasse auf niedrigem Niveau hält. insbesondere ist vor kurzem verlangt worden, die Dicke einer gedruckten Platine in Einklang mit dem jüngsten Trend, dass elektronische Maschinerie und Werkzeuge leichter und kleiner gemacht werden, zu verringern. Deshalb gab es eine intensive Nachfrage nach der Verringerung der Dicke eines Vliesstoffs als Grundmaterial. Allerdings kann die Verringerung der Dicke eines Vliesstoffs, während man seine Flächenmasse verringert, eine Ursache von verschiedenen Problemen werden, wie dass die Reißfestigkeit des Gewebes verringert wird, dass das Gewebe eine erhöhte Unregelmäßigkeit bei seiner Beschaffenheit aufweist, und dass die Anzahl der im resultierenden Vliesstoff erzeugten Löcher zunimmt.
Als ein Mittel zur Lösung dieses Problems kann es denkbar sein, den Durchmesser der Fasern zu verringern. Solch ein Verfahren erlaubt nicht nur die Verbesserung der Arbeitseigenschaften der Fasern, sondern auch die Erhöhung der Anzahl der Fasern pro Einheitsflächenmasse, und dies würde zum Erreichen von Wirkungen des Verringerns der Unregelmäßigkeit bei der Herstellung und der Verringerung der Anzahl der erzeugten Löcher führen. Außerdem kann erwartet werden, dass die Festigkeit des resultierenden Vliesstoffs verbessert wird wegen einer Erhöhung der relativen Bindungsfläche. Allerdings beträgt der kleinste Durchmesser der Schnittfasern, der derzeit im Handel erhältlich ist, 1,5 d (etwa 11,6 μm), aber Fasern mit solch einem Durchmesser liefern niemals einen Vliesstoff mit ausreichenden Arbeitseigenschaften.
Weiterhin kann es ebenso denkbar sein, Faserbrei in einen solchen Vliesstoff einzulagern, aber eine große Menge Faserbrei muss in den Vliesstoff eingelagert werden, um seine Arbeitseigenschaften zu verbessern. In dieser Hinsicht zeigt er, wenn die Menge des Faserbreis, der darin eingelagert werden soll, bis zu etwa 20% beträgt, die Wirkung der Verbesserung der Festigkeit des resultierenden Vliesstoffs, aber wenn er in einer überschüssigen Menge verwendet wird, wird der Faserbrei eher eine Ursache der Verringerung der Festigkeit, und er neigt dazu, Flocken zu erzeugen, und dies wiederum beeinträchtigt die Textur des resultierenden Gewebes.
Kürzlich sind eine Vielzahl von Fasern mit hoher Festigkeit vorgeschlagen worden, die normalerweise nie untersucht worden sind, wie aromatische Polyamidfasern (Aramidfasern) und Polyethylenfasern mit ultrahoher Festigkeit, Polyarylatfasern, sowie Polybenzazol(PBZ)-Fasern, wie PBO-Fasern, und Vliesstoffe, die aus solchen Fasern mit hoher Festigkeit hergestellt wurden, sind dementsprechend auf den Markt gebracht worden. Insbesondere in dem Vliesstoff, der aus solchen Fasern mit wärmeerweichenden Eigenschaften hergestellt wurde, wie meta-Aramidfasern, Polyarylatfasern und Polyethylenfasern mit ultrahohem Molekulargewicht, können Fasern durch schmelzen zusammengebunden werden durch Unterwerfen unter eine Kalanderbehandlung bei einer Temperatur von nicht weniger als der Erweichungstemperatur der Fasern, um so einen Vliesstoff mit einer sehr hohen Festigkeit zu erzeugen.
In einem Vliesstoff, der unter Verwendung von Fasern hergestellt wurde, die im Wesentlichen frei von wärmeerweichenden Eigenschaften und irgendwelcher selbsthaftender Eigenschaft sind, wie para-Aramidfasern und Polybenzazol (PBZ), wie PBO-Fasern, bestimmt allerdings die Festigkeit der unter Verwendung eines Bindemittels gebundenen Bereiche den Bruchwiderstand des resultierenden Vliesstoffs. Spezieller wird die Festigkeit des Vliesstoffs, der diese Fasern als Hauptkomponenten umfasst, von der Bindungsstärke dominiert, die vom verwendeten Bindemittel festgelegt wird.
Es wäre denkbar, einfach die Menge des Bindemittels, das als Mittel zur Verbesserung der Festigkeit eines solchen Vliesstoffs verwendet wird, zu erhöhen. Allerdings sollte im Allgemeinen jedes Bindemittel in einer Menge verwendet werden, die in einen geeigneten Bereich fällt. Spezieller wird die Festigkeit des resultierenden Vliesstoffs verringert, wenn die Menge oberhalb des vorstehenden geeigneten Bereichs liegt. Wenn die Menge an Bindemittel zu groß ist, verliert außerdem der resultierende Vliesstoff seine Flexibilität, oder er kann oft die gewünschte Qualität, abhängig von seinen Anwendungen, verlieren.
Andererseits wäre es auch denkbar, die Kontaktfläche zwischen den Fasern durch Abflachen der Fasern zu erhöhen. Zum Beispiel führt das japanische Kokoku Nr. Hei 6-60035 eine Glasfaser mit einem flachen Querschnitt ein. Spezieller würde erwartet, dass die Festigkeit des Vliesstoffs durch Erhöhen der Kontaktfläche zwischen den Fasern verbessert werden kann, im Fall von Fasern, wie Glasfasern, die mit einem Bindemittel durch ein Kupplungsmittel chemisch gebunden werden können, im Fall der vorstehenden Fasern mit thermischer Schmelzbindefähigkeit, oder im Fall von jenen mit selbsthaftenden Eigenschaften, wie Cellulosefasern.
Im Fall von Fasern, die keine Fähigkeit haben, mit einem Bindemittel chemisch zu binden, eine Schmelzbindefähigkeit durch Wärmeerweichen und eine Selbstklebefähigkeit, wie para-Aramidfasern und PBZ-Fasern, gibt es allerdings kein anderes Mittel, die Bindungsstärke sicherzustellen, als das Bedecken der Kontaktpunkte zwischen den Fasern mit einem Bindemittel.
1 zeigt den Faserquerschnitt einer herkömmlichen PBO-Faser.
2 zeigt den Faserquerschnitt einer flachen PBO-Faser gemäß 1.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine PBZ-Faser, wie eine PBO-Faser, die einen abgeflachten Bereich teilweise entlang oder durch die Longitudinalrichtung der Faser besitzt, und die ausgezeichnete Arbeitseigenschaften besitzt, einen aus den PBZ-Fasern hergestellten Vliesstoff, sowie ein Verfahren zur Herstellung solch einer PBO-Faser, bereitzustellen, und spezieller eine PBO-Faser mit ausgezeichneter Reißfestigkeit und Arbeitseigenschaften, wenn sie für die Herstellung eines Vliesstoffs verwendet wird, und ein einfaches und wirksames Verfahren zur Herstellung solch einer Faser bei niedrigen Kosten bereitzustellen.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine synthetische Faser bereitzustellen, die einen abgeflachten Bereich teilweise entlang der Longitudinalrichtung der Faser besitzt, und die geeigneterweise zur Herstellung eines Vliesstoffs verwendet wird, der synthetische Fasern mit hoher Festigkeit, insbesondere eine synthetische Faser, wie eine para-Aramidfaser oder eine PBZ-Faser umfasst, die im Wesentlichen nicht Wärmeerweichen eingeht, und die frei von jeder selbsthaftenden Eigenschaft ist, und die die Herstellung einer Bahn mit hoher Festigkeit und eines aus den synthetischen Fasern hergestellten Vliesstoffs, sowie ein einfaches und effizientes Verfahren zur Herstellung der vorstehenden synthetischen Faser erlaubt.
Die Erfinder dieser Erfindung haben herausgefunden, dass eine PBZ-Faser mit einem abgeflachten Bereich teilweise entlang oder als Ganzes durch die Longitudinalrichtung der Faser den Vliesstoff, der unter Verwendung der abgeflachten PBZ-Fasern hergestellt wird, mit einer verbesserten Reißfestigkeit und Arbeitseigenschaften verglichen mit jenen, die für einen Vliesstoff beobachtet werden, der aus den derzeit verwendeten Schnittfasern erzeugt wird, bereitstellt.
Die Erfinder dieser Erfindung haben auch herausgefunden, dass synthetische Fasern mit einem teilweise abgeflachten Bereich oder Bereichen den Vliesstoff, der unter Verwendung solcher Fasern hergestellt wird, mit einer beträchtlich verbesserten Festigkeit und Beschaffenheit verglichen mit jenen, die für den Vliesstoff beobachtet wurden, der aus den synthetischen Fasern mit gleichförmigem Durchmesser und keinem solchen abgeflachten Bereich oder Bereichen hergestellt wurden, bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Grundlage solcher neuen und einzigartigen technischen Befunde vervollständigt worden.
Die vorliegende Erfindung betrifft spezifisch die nachstehenden Erfindungen:

1. Eine flache Polybenzazol(PBZ)-Faser mit einem abgeflachten Bereich, wobei der Grad der Flachheit durch das Verhältnis Langdurchmesser/Kurzdurchmesser des Faserquerschnitts, welches 2 oder größer ist, definiert ist und wobei der Kurzdurchmesser 7 μm oder weniger beträgt;
2. Eine teilweise flache synthetische Faser mit einem abgeflachten Bereich entlang der Longitudinalrichtung der Faser, wobei die Maximalbreite des abgeflachten Bereichs (Wmax) und die geringste Faserbreite der synthetischen Faser (Wmin) das Verhältnis Wmax/Wmin von 2 oder größer aufweist; und
3. Eine teilweise flache synthetische Faser mit einem abgeflachten Bereich entlang der Longitudinalrichtung der Faser, wobei die Maximalbreite des abgeflachten Bereichs (Wmax) und die durchschnittliche Breite in der Längsrichtung der synthetischen Faser (Wav) das Verhältnis Wmax/Wav von nicht weniger als 1,5 aufweist.

Jede synthetische Faser kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die synthetischen Fasern schließen Polyesterfasern, Polyarylatfasern, Polyamidfasern, aromatische Polyamidfasern, Acrylfasern, Polypropylenfasern, Polyvinylalkoholfasern, Polyvinylchloridfasern, Vinylidenfasern, Acetatfasern, Reyonfasern, Polyurethanfasern, Polyacrylnitril(PAN)-Fasern, Polybenzazol(PBZ)-Fasern, wie PBO-Fasern, Polyacetalfasern, Polyetherketon(PEK)-Fasern, Polyimidfasern, Fasern vom Melamintyp, phenolische Fasern, fluorhaltige Polymerfasern, Polyamidimidfasern, Polybenzimidazol(PBI)-Fasern und Polyphenylensulfid(PPS)-Fasern; organisch-anorganische Hybridfasern, wie jene, die durch Einlagern von anorganischen Materialien, wie Siliciumdioxid, in die vorstehenden synthetischen Harze, erhalten werden; und Naturfasern, wie Pflanzenfasern, Fasern, die Tierhaare umfassen, oder Seide ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Allerdings ist die beabsichtigte Wirkung der vorliegenden Erfindung insbesondere offensichtlich, wenn Fasern verwendet werden, die im Wesentlichen kein Wärmeerweichen eingehen und die überhaupt keine selbsthaftende Eigenschaft besitzen, wie para-Aramidfasern und Polybenzazolfasern.
Der typische Querschnitt der vorliegenden flachen PBZ-Faser ist in 2 gezeigt. Der Langdurchmesser ist mit Referenznummer 1 bezeichnet und der Kurzdurchmesser ist mit Referenznummer 2 bezeichnet. In diesem Zusammenhang zeigt 1 den Querschnitt der ursprünglichen PBO-Faser, die zur Herstellung der vorliegenden flachen PBO-Fasern verwendet wird. Gleiche Referenznummern in 1 haben die entsprechenden Bedeutungen in 2.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff „flache PBZ-Faser" bedeutet die PBZ-Faser, deren Flachheitsgrad, der durch das Verhältnis: Langdurchmesser/Kurzdurchmesser des Faserquerschnitts definiert ist, 2 oder mehr, vorzugsweise 5 oder mehr beträgt. Wenn der Flachheitsgrad weniger als 2 beträgt, kann die flache PBZ-Faser nicht ihre gewünschte Wirkung zeigen. Andererseits verursacht die flache PBZ-Faser, wenn das Verhältnis zu hoch ist, Kräuseln und sie rundet ab oder wird im schlimmsten Fall aufgefaltet. Demgemäß beträgt der Flachheitsgrad vorzugsweise 50 oder weniger, sehr bevorzugt 30 oder weniger.
Der Kurzdurchmesser der flachen PBZ-Faser beträgt 7 μm oder weniger, vorzugsweise 5 μm oder weniger. Zurzeit sind die feinsten Schnittfasern, die derzeit im Handel erhältlich sind, jene mit einem Denier von etwa 1,5 (Faserdurchmesser: etwa 11,6 μm). Wenn der Kurzdurchmesser der flachen PBZ-Faser 7 μm oder weniger beträgt, besitzt sie zusätzlich ausreichende Arbeitseigenschaften, und wenn sie zu einem Vliesstoff geformt wird, kann die Anzahl der Faserschichten erhöht werden, und die Erzeugung von Löchern kann wirkungsvoll verhindert werden. Je kleiner der Kurzdurchmesser der Faser ist, desto mehr wird die vorstehende Wirkung erreicht. Andererseits wird, wenn er zu klein ist, die Festigkeit der einzelnen Faser beeinträchtigt, und deshalb beträgt der Kurzdurchmesser der Faser vorzugsweise 0,5 μm oder mehr, sehr bevorzugt 1 μm oder mehr.
Die Faserlänge der flachen PBZ-Faser gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht in besonderer Weise eingeschränkt, aber die durchschnittliche Faserlänge beträgt vorzugsweise 1 mm oder mehr, sehr bevorzugt 3 mm oder mehr. Und zwar weil die Festigkeit des resultierenden Vliesstoffs verringert wird, wenn die Faserlänge kurz ist und solche kurzen Fasern zur Herstellung eines Vliesstoffs verwendet werden, und insbesondere, wenn sie kürzer als 1 mm ist, tritt die Unannehmlichkeit auf, dass eine große Menge von Fasern durch Langsiebe bei der Nass-Herstellung von Vliesstoffen herunterfallen.
Wenn ein Vliesstoff unter Verwendung der vorliegenden flachen PBZ-Fasern hergestellt wird, sind die flachen Seitenflächen der Fasern in horizontaler Richtung angeordnet, und deshalb kommen die Fasern miteinander durch Seitenflächenkontakt in Kontakt. Deshalb nimmt die Kontaktfläche zwischen den Fasern verglichen mit jenen Fasern mit einem kreisförmigen Querschnitt, die durch Punktkontakt miteinander in Kontakt gebracht werden, zu, und die Festigkeit des resultierenden Vliesstoffs, der unter Verwendung der vorliegenden flachen Fasern hergestellt wird, wird so verbessert. Demgemäß werden die vorliegenden flachen PBZ-Fasern vorzugsweise zur Herstellung eines Vliesstoffs, insbesondere eines dünnen Vliesstoffs zur Verwendung in gedruckten Platinen, verwendet. Außerdem können die vorliegenden flachen PBZ-Fasern ebenso in verschiedenen anderen Anwendungen als ihrer Verwendung als Rohmaterial für Vliesstoffe verwendet werden.
Zum Beispiel besitzen die flachen PBZ-Fasern eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit verglichen mit Schnittfasern und Faserbrei, wenn die Faserlängen dieser Fasern gleich sind, und deshalb können die flachen PBZ-Fasern in einem hohen Verhältnis zum Beispiel als Verstärkungsfasern für FRP (fiber reinforced polymers, faserverstärkte Polymere) oder dergleichen gemischt werden, und sie können die Oberflächenweichheit des resultierenden Produkts verbessern. Wenn sie in diesen Anwendungen verwendet werden, wird die Verstärkungswirkung verbessert, weil sie die spezifische Fläche der Fasern und die Kontaktfläche zwischen den Fasern und einem Harz erhöhen können.
Eine flache PBZ-Faser mit einem abgeflachten Bereich teilweise entlang oder ganz durch die Longitudinalrichtung der Faser kann zum Beispiel durch Behandeln von im Handel erhältlicher PBZ-Faser mit einer Sandmühle und anschließendes Sammeln der resultierenden flachen PBZ-Faser hergestellt werden.
Die Form des Querschnitts der PBZ-Fasern, die mit der Sandmühle behandelt werden sollen, darf nicht in besonderer Weise eingeschränkt sein, und jene mit einer breiten Vielfalt von Querschnittsformen können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Spezielle Beispiele für solche Querschnittsformen sind dreieckige Formen, rechteckige Formen, polygonale Formen, wie pentagonal oder höher, elliptische Formen, ovale Formen, augenbrauenartige Formen, Sternformen, oder unregelmäßige Querschnitte mit Ungleichmäßigkeit auf der Oberfläche. Allerdings ist es bevorzugt, die herkömmlichen PBZ-Fasern mit kreisförmigen Querschnitten zu verwenden, weil sie teilweise flache synthetische Fasern mit einem großen Wmax/Wmin-Wert durch eine einfache Sandmühlenbehandlung bereitstellen.
Die Sandmühlen, die zur Herstellung der vorliegenden flachen PBZ-Fasern verwendet werden, sind jene Geräte, in denen eine Rührmaschine in einen feststehenden Behälter eingelassen ist, und mit hoher Geschwindigkeit rotiert wird, um so in den Behälter gefüllte Medien und PBZ-Fasern aufzurühren.
Die Sandmühlen sind in die nachstehenden zwei Gruppen aufgeteilt: solche vom vertikalen und horizontalen Typ, aber beide können zur Herstellung der vorliegenden flachen PBZ-Fasern verwendet werden. Spezielle Beispiele dafür sind jene, die Sand Grinder, Dynomill und Ultraviscomill genannt werden.
Beispiele für die Medien, die in dem Behälter der Sandmühle zu verwenden sind, schließen anorganische Kügelchen, wie Glaskügelchen, Aluminiumoxidkügelchen, Zirkoniumoxidkügelchen, Zirkoniumkügelchen, Stahlkügelchen und Titanoxidkügelchen; Kügelchen, erhalten durch Beschichten dieser anorganischen Kügelchen mit organischen Materialien; und organische Kügelchen, wie Nylonkügelchen und Teflonkügelchen, ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese Kügelchen können allein oder in jeder Kombination von mindestens zwei davon verwendet werden.
Die durchschnittliche Teilchengröße der in der vorliegenden Erfindung verwendbaren Medien erstreckt sich von einem sehr kleinen Wert in der Größenordnung von etwa 0,1 mm bis zu einem großen Wert in der Größenordnung von etwa 6 mm. Der Flachheitsgrad kann durch geeignetes Auswählen verschiedener Bearbeitungsbedingungen, wie Arten und Materialien, sowie der durchschnittlichen Teilchengröße dieser Medien, der Geschwindigkeit der Umdrehungen der Sandmühle, der Konzentration der zu behandelnden Fasern und der Bearbeitungszeit gesteuert werden.
Die Menge der Medien, die in den Behälter einer Sandmühle zu füllen sind, reicht vorzugsweise von 50 bis 90% und insbesondere von 60 bis 85% der Menge, die der dichtesten Packung entspricht. Wenn die Packungsdichte zu niedrig ist, tritt der so genannte „short pass" auf. Beim „short pass" werden die behandelten PBZ-Fasern aus dem Behälter entleert, bevor sie ausreichend bis zu einem gewünschten Grad behandelt worden sind. Andererseits ist, die Bearbeitungseffizienz umso höher je höher die Packungsdichte ist, aber wenn die Packungsdichte zu hoch ist, tritt ein Problem auf, derart dass die PBZ-Fasern nie leicht durch die Sandmühle gehen im Fall von kontinuierlicher Bearbeitung.
Die zur Herstellung der vorliegenden flachen PBZ-Fasern zu verwendenden PBZ-Fasern können in jeder Form von PBZ-Fasern vorliegen. Allerdings können die Schnittfasern der PBZ-Fasern günstig zu verwenden sein, weil sie im Handel erhältlich sind.
Der Faserdurchmesser der PBZ-Schnittfasern, die mit der Sandmühle behandelt werden sollen, wird geeigneterweise auf eine solche Weise gewählt, dass er einen Querschnitt besitzt, der dem der resultierenden flachen PBZ-Fasern entspricht. Der Querschnitt der flachen Faser kann durch ihren Flachheitsgrad und Kurzdurchmesser bestimmt werden. Zum Beispiel ist es passend, wenn eine flache PBZ-Faser mit einem Flachheitsgrad von 2 und einem Kurzdurchmesser von 7 μm hergestellt werden soll, dass Schnittfasern mit jeweils einem Faserdurchmesser von etwa 11 μm als Ausgangsmaterial verwendet werden sollten.
Wenn die Faserlänge der PBZ-Schnittfasern, die verwendet werden sollen, zu groß ist, entstehen Probleme in der Art, dass ihre Dispergierbarkeit in einer Suspension, wie sie nachstehend ausführlich dargestellt wird, beeinträchtigt wird, und dass sich die Fasern miteinander während der Behandlung in einer Sandmühle verwickeln. Deshalb beträgt die Faserlänge normalerweise 20 mm oder weniger, vorzugsweise 10 mm oder weniger, sehr bevorzugt 6 mm oder weniger. Die minimale Faserlänge der Ausgangs-PBO-Fasern kann geeigneterweise bei 1 mm liegen.
Wenn PBZ-Fasern in einer Sandmühle behandelt werden, werden die PBZ-Schnittfasern in einem Medium dispergiert, um vor der Sandmühlenbehandlung eine Aufschlämmung zu ergeben. Als Medium für die Dispersion wird im Allgemeinen Wasser als am besten geeignet verwendet, wegen seiner leichten Handhabbarkeit und breiten Verwendung, aber es ist auch möglich, ein organisches Lösungsmittel, wie Methanol und Ethanol, und Lösungsmittelgemische, wie Gemische aus diesen organischen Lösungsmitteln mit Wasser für spezielle Zwecke, wie Anwendungen zu verwenden, bei denen die Verwendung von Wasser vermieden werden sollte. Außerdem kann die Dispersion zum Beispiel ein Dispergiermittel umfassen, um die Dispergierbarkeit von Fasern in einem ausgewählten Medium zu verbessern.
Bei der Sandmühlenbehandlung wird der PBZ-Fasergehalt der Suspension im Allgemeinen auf den Bereich von 0,1 bis 5,0 Gewichts-% eingestellt. Dies ist so, weil die Bearbeitungseffizienz zu niedrig sein kann, wenn der Feststoffgehalt weniger als 0,1 Gewichts-% beträgt, während, wenn er 5,0 Gewichts-% überschreitet, Probleme auftauchen können, dass die Behandlung unzureichend ist, dass die Probe nicht leicht die Mühle passieren kann und dass die Fasern sich miteinander verwickeln. Deshalb wird der PBZ-Fasergehalt wünschenswerterweise zum Bereich von 0,3 bis 2,0 Gewichts-% gesteuert, solange die Bearbeitungseffizienz in Betracht gezogen wird.
Das Bearbeitungsverfahren, das bei der Behandlung in einer Sandmühle verwendet wird, ist auch nicht auf ein spezifisches beschränkt, und entweder das chargenweise oder kontinuierliche Verfahren kann verwendet werden, wobei das kontinuierliche Verfahren bevorzugt ist, wenn die Produktionseffizienz als von hoher Wichtigkeit angesehen wird. Im Fall des kontinuierlichen Verfahrens kann die Verweilzeit (Bearbeitungszeit) durch Ändern der Fließgeschwindigkeit der Fasern, die in der Sandmühle zuzuführen sind, gesteuert werden. Zusätzlich sind mehrere Geräte in Reihe verbunden, um so die Fasern zu behandeln.
Die Flächenmasse des resultierenden PBZ-Vliesstoffs kann geeigneterweise 5 bis 40 g/cm², vorzugsweise 8 bis 30 g/cm² betragen.
Ein Harzbindemittel kann auf einen zu einer Bahn geformten Vliesstoff aufgebracht werden. Solch ein Harzbindemittel ist nicht auf ein spezifisches beschränkt, und Beispiele dafür, die hier breit verwendet werden, schließen Epoxyharze, Phenolharze, Melaminharze, Polyimidharze, Polyamidimidharze, Acrylharze und Silikonharze ein. Mindestens eines dieser Harzbindemittel kann geeigneterweise gewählt werden, abhängig von den beabsichtigten Anwendungen.
Das Verfahren zum Aufbringen eines Harzbindemittels auf einen Vliesstoff kann zum Beispiel ein Verfahren sein, das den Schritt des Sprühens des Harzbindemittels auf einen Vliesstoff umfasst, ein Verfahren, das den Schritt des Eintauchens eines Vliesstoffs in eine Harzbindemittellösung umfasst und ein Verfahren, das den Schritt des Beschichtens eines Vliesstoffs mit einer Harzbindemittellösung umfasst, oder mindestens zwei dieser Verfahren können kombiniert werden. Nach dem Aufbringen des Harzbindemittels wird der mit dem Harzbindemittel imprägnierte Vliesstoff mit Erhitzen durch heiße Luft oder einem Trommeltrockner getrocknet, um so das Harzbindemittel zu härten. Das Harzbindemittel kann auf den Vliesstoff im Modus innerhalb der Maschine (on-machine) oder außerhalb der Maschine (off-machine) aufgetragen werden.
Das Harz wird normalerweise in einer Menge von 3 bis 35 Gewichts-%, vorzugsweise 5 bis 25 Gewichts-% auf der Basis des Vliesstoffs verwendet.
Es ist bevorzugt, den so hergestellten Vliesstoff einer Kalanderbehandlung zu unterziehen. Die Temperatur, der lineare Druck und die Geschwindigkeit des Kalanders werden geeigneterweise ausgewählt, abhängig von der beabsichtigten Dicke (Dichte) des zu erzeugenden Vliesstoffs.
Als ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung wird die synthetische Faser mit einem abgeflachten Bereich (oder Region) oder Bereichen (Regionen) entlang der Longitudinalrichtung der Faser bereitgestellt.
Die teilweise flache synthetische Faser gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie als Ergebnis der Abflachung der synthetischen Ausgangsfaser in ihrer Längsrichtung flache Bereiche besitzt, deren Breite größer ist als der Durchmesser der synthetischen Ausgangsfaser in einem oder mehreren Bereichen auf der Faser. Wenn ein Vliesstoff aus solchen synthetischen Fasern hergestellt wird, besitzt der resultierende Vliesstoff eine beträchtlich verbesserte Festigkeit verglichen mit der, die für Vliesstoff beobachtet wird, der die herkömmlichen synthetischen Fasern verwendet. Der tatsächliche Grund dafür wird durch die zukünftigen Untersuchungen erläutert werden, aber einer der Gründe sollte der nachstehende sein: die abgeflachten Bereiche oder Regionen auf den Fasern, die sich schneiden, dienen als Festhake-Bereiche, um so einen starken Widerstand beim Ziehen des Gewebes zu erzeugen. Zusätzlich wird angenommen, dass die Fasern miteinander verwickelt sind, weil sich die flachen synthetischen Fasern leicht am abgeflachten Bereich oder Bereichen falten. In diesem Fall fungieren die Fasern in dem Vliesstoff, der unter Verwendung solcher Fasern hergestellt wird, wie wo die Fasern mit der Länge definiert zwischen zwei abgeflachten Bereichen, in dem Gewebe enthalten sind, und deshalb ist die Beschaffenheit des Gewebes verbessert.
Die teilweise flache synthetische Faser gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt einen abgeflachten oder breiten Bereich oder Bereiche. In diesem Zusammenhang, wenn die maximale Faserbreite im abgeflachten oder breiten Bereich als Wmax definiert ist, und die geringste Faserbreite des nicht abgeflachten oder Ausgangsbereichs der synthetischen Faser als Wmin definiert ist, ist das Verhältnis: Wmax/Wmin 2 oder größer, vorzugsweise 2,5 oder größer. Das Maximalverhältnis kann geeigneterweise zum Beispiel 5,0 betragen. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass die flache synthetische Faser mindestens einen Bereich haben sollte, dessen Breite außergewöhnlich groß ist. Wenn das vorstehende Verhältnis kleiner ist als 2,0, ist die Festhakefunktion, die zwischen den abgeflachten Bereichen existiert, schwach, und ihre Festigkeit verbessernde Wirkung ist dementsprechend unzureichend. Andererseits kann, wenn das Verhältnis 5,0 überschreitet, die Dicke des abgeflachten Bereichs verringert sein, und die Festigkeit der Faser im abgeflachten Bereich kann gleicherweise unzureichend werden.
Gemäß der teilweise flachen Faser der vorliegenden Erfindung kann, auch wenn die synthetische Faser gleichmäßig durch die ganze Faser abgeflacht ist, die gewünschte Wirkung der vorliegenden Erfindung erreicht werden, insofern als es herausragende Bereiche gibt, so dass das Verhältnis der Maximalbreite (Wmax) im abgeflachten Bereich zur durchschnittlichen Breite (Wav) der Faser 1,5 oder größer, vorzugsweise 2 oder höher, ist. Zusätzlich kann das Maximalverhältnis geeigneterweise aus dem gleichen Grund wie dem vorstehend diskutierten 5,0 betragen.
Im Fall der teilweise flachen synthetischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung ist es besonders bevorzugt, dass der vorstehende Wert Wmin der Breite des schmalsten, nicht abgeflachten Bereichs der ursprünglichen Faser entspricht, oder ein nicht abgeflachter Bereich auf mindestens einem Teil der synthetischen Faser vorhanden ist, da der Wert: Wmax/Wmin groß wird und die Festigkeit der Faser nur leicht verringert wird.
Aus diesem Grund reicht bei der teilweise abgeflachten synthetischen Faser der vorliegenden Erfindung das Verhältnis des Abgeflachtseins ausgedrückt als Verhältnis: L1/L2 zum Beispiel von 0,05 bis 0,5, vorzugsweise von 0,1 bis 0,4, wobei die Gesamtfaserlänge als L1 definiert ist, und die Gesamtlänge der Bereiche, in denen die Faser abgeflacht ist, als L2 definiert ist. Im Fall, wo das vorstehende Verhältnis des Abgeflachtseins weniger als 0,05 beträgt und es 0,5 überschreitet, kann die Festhakefunktion, die zwischen den abgeflachten Bereichen existiert, schwach sein, und ihre Festigkeit verbessernde Wirkung kann demgemäß unzureichend sein.
Die teilweise flachen synthetischen Fasern können auf die gleiche Weise hergestellt werden, wie die flachen PBZ-Fasern, wie vorstehend festgestellt, unter Verwendung der Sandmühle und der Sandmühlenbedingungen, wie sie im Allgemeinen zur Herstellung der flachen PBZ-Fasern verwendet werden.
Auf die gleiche Weise wie die Herstellung der flachen PBZ-Fasern erstreckt sich die durchschnittliche Teilchengröße der Kügelchen, die für die Sandmühlenbehandlung verwendet werden sollen, von einem sehr kleinen Wert in der Größenordnung von etwa 0,1 mm bis zu einem großen Wert in der Größenordnung von etwa 6 mm. Der Flachheitsgrad einer Faser kann durch geeignetes Auswählen verschiedener Bearbeitungsbedingungen, wie der Arten und Materialien, sowie der durchschnittlichen Teilchengröße dieser Medien, dem Frequenzverhältnis der Sandmühle, der Konzentration der zu behandelnden Fasern und der Bearbeitungszeit, gesteuert werden. Die Teilchengröße der Kügelchen, die besonders bevorzugt für das Abflachen verwendet werden, reicht von etwa 0,2 bis 3-mal der durchschnittlichen Länge der Faser.
Die Menge der Medien, die in den Behälter der Sandmühle zu füllen sind, reicht vorzugsweise von 40 bis 80% und insbesondere 50 bis 70% des Volumens des Behälters. Wenn die Packungsdichte zu niedrig ist, tritt der so genannte „short pass" auf. Beim „short pass" wird eine Probe aus dem Behälter entleert, bevor sie überhaupt behandelt worden ist. Andererseits ergibt sich, wenn die Packungsdichte zu hoch ist, das Problem, dass die Fasern übermäßig abgeflacht werden und das Verhältnis der nicht abgeflachten Region verringert wird.
Die beabsichtigte Wirkung der vorliegenden Erfindung ist insbesondere offensichtlich, wenn synthetische Fasern verwendet werden, die im Wesentlichen kein Heißerweichen eingehen und überhaupt keine selbsthaftende Eigenschaft besitzen, wie para-Aramidfasern und Polybenzazolfasern.
Zum Beispiel werden nun Vliesstoffe, die para-Aramidfasern (wie Poly(p-phenylenterephthalamid)- und Co-poly(p-phenylen/3,4'-diphenylether-terephthalamid)-Fasern) und Polybenzazolfasern enthalten, als sehr nützlich als Grundmaterialien für Schichtplatten für die Anwendungen, wie gedruckte Platinen, angesehen. Wegen der Forderung, elektronische Geräte leicht und klein zu machen, wird zusätzlich gefordert, dass der Vliesstoff für solche Schichtplatten dünn ist (oder eine niedrigere Flächenmasse besitzt). Die vorliegenden teilweise flachen synthetischen Fasern können Vliesstoffe produzieren, die dünn sind und eine verbesserte Festigkeit und Beschaffenheit besitzen. Deshalb sind flache synthetische Fasern sehr geeignet zur Herstellung von Vliesstoffen für Schichtplatten.
Der Durchmesser (Denier) der synthetischen Fasern, die zur Herstellung der vorliegenden flachen synthetischen Fasern zu verwenden sind, ist nicht in besonderer Weise eingeschränkt, aber der Faserdurchmesser ist vorzugsweise kleiner, da die beabsichtigte Wirkung der Erfindung darin besteht, die Festigkeit des resultierenden Vliesstoffs zu verbessern. Mit anderen Worten, je kleiner der Durchmesser der synthetischen Faser, desto größer die Anzahl der synthetischen Fasern, die im resultierenden Vliesstoff pro Einheitsflächenmasse vorhanden sind, und desto höher die Anzahl der Schnittpunkte zwischen den synthetischen Fasern. Deshalb erwartet man eine Verbesserung der Festigkeit des resultierenden Gewebes. Wenn der Faserdurchmesser zu klein ist, können in dieser Hinsicht allerdings Probleme auftauchen, derart dass Fasern während der Sandmühlenbehandlung zerbrochen werden, und dass die Festigkeit der Faser an sich verringert ist. Demgemäß haben die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Fasern einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 5 Denier und stärker bevorzugt etwa 0,5 bis 2 Denier. In diesem Zusammenhang können die Fasern ein Gemisch aus Fasern mit unterschiedlichen Durchmessern umfassen.
Wenn die Länge der Faser zu lang ist, können Probleme auftreten, derart dass ihre Dispergierbarkeit in einer Suspension, wie nachstehend ausführlich behandelt wird, beeinträchtigt ist, und dass die Fasern während der Behandlung in einer Sandmühle miteinander verwickelt werden. Deshalb beträgt die Faserlänge vorzugsweise 20 mm oder kürzer, stärker bevorzugt 10 mm oder kürzer und weiter bevorzugt 6 mm oder kürzer. Die minimale Faserlänge kann geeigneterweise zum Beispiel 1 mm betragen. Die Fasern können ein Gemisch aus Fasern mit unterschiedlichen Längen umfassen.
Die Form des Querschnitts der synthetischen Fasern, die mit der Sandmühle behandelt werden sollen, darf nicht in besonderer Weise eingeschränkt sein, und jene mit einer breiten Vielfalt von Querschnittsformen können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Spezielle Beispiele für solche Querschnittsformen sind dreieckige Formen, rechteckige Formen, polygonale Formen, wie pentagonal oder höher, elliptische Formen, ovale Formen, augenbrauenartige Formen, Sternformen, oder unregelmäßige Querschnitte mit Ungleichmäßigkeit auf der Oberfläche. Allerdings ist es bevorzugt, die herkömmlichen synthetischen Fasern mit kreisförmigen Querschnitten zu verwenden, weil sie teilweise flache synthetische Fasern mit einem großen Wmax/Wmin-Wert durch eine einfache Sandmühlenbehandlung bereitstellen können.
Die synthetischen Zufuhr- oder Ausgangsfasern werden geeigneterweise in einem Medium dispergiert, um vor der Behandlung mit der Sandmühle eine Aufschlämmung zu ergeben. Als Medium wird im Allgemeinen Wasser als am besten geeignet verwendet wegen seiner leichten Handhabbarkeit und der Fähigkeit der breiten Verwendung, aber es ist auch möglich, ein organisches Lösungsmittel, wie Methanol und Ethanol, und Lösungsmittelgemische, wie Gemische aus diesen organischen Lösungsmitteln mit Wasser für spezielle Zwecke, wie Anwendungen, zu verwenden, bei denen die Verwendung von Wasser vermieden werden sollte. Außerdem kann die Dispersion zum Beispiel ein Dispergiermittel und/oder ein Viskositätseinstellmittel umfassen, um die Dispergierbarkeit von Fasern in einem ausgewählten Medium zu verbessern.
Bei der Sandmühlenbehandlung wird der Fasergehalt in der wässrigen Suspension von organischen Fasern im Allgemeinen auf den Bereich von 0,1 bis 5,0 Gewichts-% eingestellt. Dies ist so, weil die Bearbeitungseffizienz sehr niedrig ist, wenn der Feststoffgehalt weniger als 0,1 Gewichts-% beträgt, während, wenn er 5,0 Gewichts-% überschreitet, Probleme auftreten, derart dass die Probe nicht leicht die Mühle passieren kann und dass Fasern sich miteinander verwickeln. Deshalb werden die Fasern der Abflachungsbehandlung vorzugsweise unter den nachstehenden Bedingungen unterzogen: eine Faserkonzentration im Bereich von 0,3 bis 2,0 Gewichts-%; ein Kügelchen-Packungsverhältnis von 40 bis 70%; eine Faserlänge von 1 bis 10 mm; eine Bearbeitungszeit (Verweilzeit) von 1 bis 10 min; Geschwindigkeit am Umfang von 5 bis 20 m/s, solange die Bearbeitungseffizienz in Betracht gezogen wird. In dieser Hinsicht bedeutet der hier verwendete Begriff „Verweilzeit" den Wert, der durch Teilen des tatsächlichen Raumes des Behälters (Behältervolumen – Volumen der Kügelchen) bei der kontinuierlichen Bearbeitung durch die Fließgeschwindigkeit der Faseraufschlämmung erhalten wird.
Das Bearbeitungsverfahren, das bei der Behandlung in einer Sandmühle verwendet wird, ist ebenso nicht auf ein spezifisches beschränkt, und entweder das chargenweise oder kontinuierliche Verfahren kann verwendet werden, wobei das kontinuierliche Verfahren bevorzugt ist, wenn die Produktionseffizienz als von hoher Wichtigkeit angesehen wird. Im Fall des kontinuierlichen Verfahrens kann die Verweilzeit (Bearbeitungszeit) durch Ändern der Fließgeschwindigkeit der Fasern, die der Sandmühle zugeführt werden, gesteuert werden. Zusätzlich sind mehrere Geräte in Reihe verbunden, um so die Fasern zu behandeln.
Die so hergestellten teilweise flachen synthetischen Fasern werden für die Herstellung eines Vliesstoffs verwendet. Das Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs ist nicht auf ein spezifisches beschränkt und entweder ein Trocken-Verfahren oder ein Nass-Verfahren können verwendet werden, aber das Nass-Verfahren wird vorzugsweise übernommen, um einen Vliesstoff mit einer hohen Dichte und guter Textur zu erhalten. Zusätzlich können Fasern, die frei von jeder teilweisen Abflachungsbehandlung sind, in einer Menge in den Vliesstoff eingelagert werden, die nie die beabsichtigte Wirkung der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt, und Hilfsfasern, wie ein Faserbrei und/oder Fibride können ebenso verwendet werden.
Das Flächenmasse des resultierenden Vliesstoffs kann geeigneterweise 5 bis 40 g/cm², vorzugsweise 8 bis 30 g/cm² betragen.
Auf die gleiche Weise wie bei der Herstellung des imprägnierten Vliesstoffs unter Verwendung der flachen PBZ-Fasern kann ein Harzbindemittel auf einen Vliesstoff, der aus den teilweise flachen synthetischen Fasern zu einer Bahn geformt wurde, aufgebracht werden. Solch ein Harzbindemittel ist nicht auf ein spezifisches beschränkt, und Beispiele dafür, die hier breit verwendet werden, schließen Epoxyharze, Phenolharze, Melaminharze, Polyimidharze, Polyamidimidharze, Acrylharze und Silikonharze ein. Mindestens eines dieser Harzbindemittel kann geeigneterweise, abhängig von den beabsichtigten Anwendungen, gewählt werden.
Das Verfahren zum Aufbringen eines Harzbindemittels auf einen Vliesstoff kann zum Beispiel ein Verfahren sein, das den Schritt des Sprühens des Harzbindemittels auf einen Vliesstoff umfasst, ein Verfahren, das den Schritt des Eintauchens eines Vliesstoffs in eine Harzbindemittellösung umfasst und ein Verfahren, das den Schritt des Beschichtens eines Vliesstoffs mit einer Harzbindemittellösung umfasst, oder mindestens zwei dieser Verfahren können kombiniert werden. Nach dem Aufbringen des Harzbindemittels wird der Vliesstoff mit Erhitzen durch heiße Luft oder einem Trommeltrockner getrocknet, um so das Harzbindemittel zu härten. Das Harzbindemittel kann auf den Vliesstoff im Modus innerhalb der Maschine (on-machine) oder außerhalb der Maschine (off-machine) aufgetragen werden.
Das Harz wird normalerweise in einer Menge von 3 bis 35 Gewichts-%, vorzugsweise 5 bis 25 Gewichts-% auf der Basis des Vliesstoffs verwendet.
Es ist bevorzugt, den so hergestellten Vliesstoff einer Kalanderbehandlung zu unterziehen. Die Temperatur, der lineare Druck und die Geschwindigkeit des Kalanders werden geeigneterweise ausgewählt, abhängig von der beabsichtigten Dicke (Dichte) des zu erzeugenden Vliesstoffs.
Beispiel:
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die nachstehenden Beispiele und Referenzbeispiele ausführlicher beschrieben, aber der Umfang der vorliegenden Erfindung ist in keinster Weise auf diese spezifischen Beispiele und Referenzbeispiele beschränkt. In den nachstehenden Beispielen und Referenzbeispielen bedeutet der Begriff „%" „Gewichts-%", wenn nicht anders festgelegt.
Die maximale Faserbreite, durchschnittliche Faserbreite, das Verhältnis des Abgeflachtseins und die Reißfestigkeit (Bruchlänge) des resultierenden Vliesstoffs wurden gemäß der nachstehenden Verfahren bestimmt:
<Bestimmung des Flachheitsgrades>
Eine Faser wurde gerade gelegt und leicht auf ein Klebeband gedrückt, um so die Faser an das Klebeband zu kleben, so dass ihre flache Seitenfläche nahe daran geklebt wurde und die resultierende Anordnung wurde in ein Epoxyharz eingebettet. Nach dem Härten des Harzes wurde es entlang der Longitudinalrichtung und der Vertikalrichtung der Faser unter Verwendung eines Mikrotoms, das mit einem Diamantmesser ausgerüstet war, geschnitten, um Abschnitte entlang beider Richtungen zu erzeugen, und ein optisches Mikrobild des Faserquerschnitts wurde unter Verwendung eines optischen Mikroskops gemacht (ein optisches mikroskopisches Bild). Dann wurde, wie in 2 gezeigt, die Maximallänge der Faser im Querschnitt bestimmt, und die Kurzlänge der Faser wurde als die Länge bestimmt, die vertikal den Langdurchmesser im Zentrum des Langdurchmessers schneidet. Der Flachheitsgrad, definiert durch die nachstehende Gleichung, wurde unter Verwendung dieser Lang- und Kurzdurchmesser berechnet. In dieser Hinsicht wird der Flachheitsgrad einer Faser mit einem kreisförmigen Querschnitt als 1 berechnet. Flachheitsgrad = Langdurchmesser/Kurzdurchmesser
Bei dieser Bewertung wurde der Flachheitsgrad unter Verwendung von 50 Fasern gemessen, und der Durchschnitt dieser 50 Messungen wurde hier als der Flachheitsgrad jeder Faser verwendet.
<Bestimmung der maximalen Faserbreite, durchschnittlichen Faserbreite und des Verhältnisses des Abgeflachtseins>
Ein Faser wurde gerade gelegt und leicht auf ein Klebeband gedrückt, um so die Faser an das Klebeband zu kleben, so dass ihre flache Seitenfläche nahe daran geklebt wurde, und die resultierende Anordnung wurde an einer Glasplatte befestigt, und ein Ebenen-(oder Oberflächen)-Foto wurde unter Verwendung eines Mikroskops gemacht. Das Foto wurde vergrößert, und jede Faserbreite wurde unter Verwendung einer Schieblehre bestimmt. Die maximale Faserbreite des abgeflachten Bereichs ist definiert als Wmax und die geringste Faserbreite des Bereichs, der frei von jeder Abflachung ist, auf der ursprünglichen Faser ist als Wmin definiert.
Die durchschnittliche Faserbreite (Wav) wurde durch Messen der Breiten von 5 Punkten auf einer Faser, spezifischer der Breiten an beiden Enden einer Faser und 3 zwischen den Enden und in gleichen Abständen angeordneten Punkten, bestimmt, wobei die Bestimmung der vorstehenden Breiten für 10 Fasern wiederholt wurde, und eine durchschnittliche Breite von 10 Fasern berechnet wurde.
Das Verhältnis des Abgeflachtseins ist als ein Wert (L2/L1) definiert, der durch Teilen der Gesamtlänge (L2) der abgeflachten breiteren Bereiche, die auf einer Faser in ihrer Längsrichtung angeordnet sind, durch die ganze Länge (L1) der Faser erhalten wird.
<Reißfestigkeit des Vliesstoffs (kgf/5 mm)>
Ein rechteckiges Stück mit einer Breite von 30 mm und einer Länge von 150 mm wurde aus jedem Vliesstoff ausgeschnitten, und die Reißfestigkeit des Stücks wurde unter den nachstehenden Bedingungen bestimmt: eine Spannweite von 100 mm und eine Zuggeschwindigkeit von 10 mm/min. Die Reißfestigkeit wurde an 10 Punkten, jeweils auf der Faser, gemessen, um so den durchschnittlichen Wert zu berechnen.
<Beschaffenheit des Vliesstoffs>
Die Beschaffenheit jedes Vliesstoffs wurde durch Beobachten der Lichtstrahlen, die durch das Gewebe gesandt werden, mit dem bloßen Auge bewertet. Dies wurde gemäß der nachstehenden Kriterien bewertet:

O: Es wurde nur eine leichte Ungleichmäßigkeit bei Licht und Schatten beobachtet, und die Anzahl der Löcher war ebenfalls klein.
Δ: Es wurde eine Ungleichmäßigkeit bei Licht und Schatten und/oder das Vorhandensein von Löchern beobachtet, aber die Bahn wurde im Ganzen gesehen für gut befunden.
x: Es wurde ein hoher Grad von Ungleichmäßigkeit bei Licht und Schatten und/oder eine große Zahl von Löchern beobachtet, und deshalb war die Bahn nicht akzeptabel.

<Arbeitscharakteristika des Vliesstoffs>
Eine Rolle, die 500 m jedes Vliesstoffs umfasste, wurde unter Verwendung eines Längstrenners in zwei Teile geteilt, die Abschnitte, die vom Längsschneider alle 100 m des Gewebes geschnitten wurden, wurden beobachtet, und die Arbeitscharakteristika jedes Gewebes wurden gemäß der nachstehenden Kriterien bewertet:

O: Der Vliesstoff wurde geschnitten, ohne irgendwelches Flusen zu verursachen.
Δ: Ein leichtes Flusen wurde bei den Abschnitten beobachtet, aber der Vliesstoff war im Ganzen gesehen gut.
x: Schweres Flusen wurde bei den Abschnitten beobachtet, und deshalb war der Vliesstoff in den Arbeitscharakteristika unzureichend.

Beispiel 1
PBO-Schnittfasern (Handelsname: ZYLON HM, Faserdurchmesser: 1,5 d, Verhältnis des Abgeflachtseins: 1, erhältlich bei Toyobo Co., Ltd.) mit einer Länge von 3,0 mm wurden in Wasser dispergiert, um eine Aufschlämmung mit einem PBO-Fasergehalt von 1,0% zu erzeugen. Dann wurde die Aufschlämmung in eine Sandmühle mit 206 L Volumen (RL250H, erhältlich bei Ashizawa Co., Ltd.), in die Aluminiumoxidkügelchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 3 mm in einem Packungsverhältnis von 78% (bezogen auf die Menge der dichtesten Packung) gefüllt worden waren, bei einer Fließgeschwindigkeit von 15 L/min eingeführt, um so die Aufschlämmung bei einer Rotationsfrequenz von 552 Upm zu behandeln. Auf dieser Stufe wurde die Bearbeitungstemperatur durch Einstellen der Temperatur des zirkulierenden Kühlwassers auf die Höhe von 30°C festgesetzt. Der Flachheitsgrad der Fasern nach der Behandlung betrug 19,8; ihr Kurzdurchmesser betrug 2,3 μm; und die Faserlänge betrug 3 mm.
Die nach der Behandlung erhaltenen PBO-Fasern wurden gemäß eines Nass-Verfahrens unter Verwendung einer geneigten Papiermaschine auf solch eine Weise zu einer Bahn geformt, dass die Flächenmasse der Bahn 17,5 g/m² betrug. Eine Emulsion eines wärmehärtenden Epoxyharzes wurde gemäß des „on-machine"-Sprühverfahrens zu dieser Bahn gegeben, so dass der Gehalt davon in dem resultierenden imprägnierten Vliesstoff nach dem Trocknen desselben 30% betrug, gefolgt von Trocknen desselben durch Erwärmen.
Dann wurde ein beabsichtigter endgültiger Vliesstoff durch Behandeln des vorstehenden Produkts in einem heißen Kalander mit einer Walzentemperatur von 200°C, so dass die Dichte des Vliesstoffs auf eine Höhe von 0,65 g/cm³ verringert wurde, hergestellt.
Beispiel 2
Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden wiederholt, außer dass das Packungsverhältnis der Aluminiumoxidkügelchen auf 72% geändert wurde, um die Fasern in der Sandmühle zu behandeln. Als ein Ergebnis wurde gefunden, dass der Flachheitsgrad der Fasern, die nach der Sandmühlenbehandlung erhalten wurden, 2,8 betrug; und dass ihr Kurzdurchmesser 6,2 μm betrug; und dass die Faserlänge 3 mm betrug. Dann wurden die gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, unter Verwendung der resultierenden Fasern wiederholt, um so einen endgültigen Vliesstoff zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 1
Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden wiederholt, außer dass die Konzentration der PBO-Schnittfasern in der in Beispiel 1 verwendeten Aufschlämmung auf 0,1% geändert wurde und dass die Fließgeschwindigkeit der Aufschlämmung auf 30 L/min eingestellt wurde, um so die Fasern in der Sandmühle zu behandeln. Als ein Ergebnis wurde gefunden, dass das der Flachheitsgrad der Fasern, die nach der Sandmühlenbehandlung erhalten wurden, 1,8 betrug; dass ihr Kurzdurchmesser 7,6 μm betrug; und die Faserlänge betrug 3 mm. Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden unter Verwendung der resultierenden Fasern wiederholt, um so einen endgültigen Vliesstoff zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden wiederholt, außer dass die Behandlung in der Sandmühle weggelassen wurde, um so einen endgültigen Vliesstoff zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden wiederholt, außer dass eine Aufschlämmung verwendet wurde, die durch Mischen von 80 Teilen PBO-Schnittfasern mit einer Faserlänge von 3,0 mm und 20 Teilen PBO-Faserbrei (erhältlich bei Toyobo Co., Ltd.) erhalten wurde, um so einen endgültigen Vliesstoff zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 4
Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, wurden wiederholt, außer dass eine Aufschlämmung verwendet wurde, die durch Mischen von 20 Teilen PBO-Schnittfasern mit einer Faserlänge von 3,0 mm und 80 Teilen PBO-Faserbrei (erhältlich bei Toyobo Co., Ltd.) erhalten wurde, um so einen endgültigen Vliesstoff zu erhalten.
Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Vliesstoffe wurden in verschiedenen charakteristischen Eigenschaften bewertet. Die so erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst. Wie aus den in Tabelle 1 aufgeführten Daten ersichtlich ist, hatte der aus den flachen PBO-Fasern der vorliegenden Erfindung hergestellte Vliesstoff gute Arbeitseigenschaften und eine verbesserte Festigkeit verglichen mit dem aus den herkömmlichen PBO-Schnittfasern, die jeweils einen kreisförmigen Querschnitt besaßen, hergestellten Vliesstoff. Tabelle 1

*: Vergleichsbeispiel

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die flache PBO-Faser der vorliegenden Erfindung eine Faser, die geeigneterweise zur Herstellung von zum Beispiel wärmebeständigen Vliesstoffen, Harz verstärkenden Materialien und Reibungsmaterialien verwendet wird.
Die flache PBO-Faser der vorliegenden Erfindung besitzt insbesondere eine ausgezeichnete Reißfestigkeit und Arbeitscharakteristika, die beobachtet werden, wenn sie zur Herstellung eines Vliesstoffs verwendet wird, verglichen mit jenen, die für die herkömmliche PBO-Faser mit einem kreisförmigen Querschnitt beobachtet werden. Zusätzlich erlaubt das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung eine einfache, effiziente Herstellung der vorstehenden flachen PBO-Faser bei niedrigen Kosten.
Beispiel 3
PBO-Schnittfasern (Handelsname: ZYLON HM, Faserdurchmesser: 1,5 d, erhältlich bei Toyobo Co., Ltd.) mit einer Länge von 3,0 mm und einem kreisförmigen Querschnitt wurden in Wasser dispergiert, um eine Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 0,3% zu erzeugen. Dann wurde die Aufschlämmung in eine horizontale Sandmühle mit 1400 ml Volumen (DYNO-MILL TYPE KDL-PILOT, erhältlich bei SHINMARU Enterprises), in die Aluminiumoxidkügelchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 2 mm in einem Packungsverhältnis von 50% (bezogen auf die Menge der dichtesten Packung) gefüllt worden waren, bei einer Fließgeschwindigkeit von 350 ml/min (Verweilzeit: 2,6 min) eingeführt, um so die Aufschlämmung bei einer Rotationsfrequenz von 2400 Upm zu behandeln. Auf dieser Stufe wurde die Bearbeitungstemperatur durch Einstellen der Temperatur des im Kreis laufenden Kühlwassers auf die Höhe von 30°C festgesetzt. Als Ergebnis wurde gefunden, dass die nach der Behandlung erhaltene Faser ein Wmax/Wmin-Verhältnis von 2,42; ein Wmax/Wav-Verhältnis von 2,42; ein Verhältnis von L2/L1 von 0,15 besaß; und die Faserlänge betrug 3 mm.
Die nach der Sandmühlenbehandlung erhaltenen PBO-Fasern wurden gemäß eines Nass-Verfahrens unter Verwendung einer Papiermaschine vom „Square-Typ" auf solch eine Weise zu einer Bahn geformt, dass die Flächenmasse der Bahn 20 g/m² betrug. Eine Emulsion eines wärmeaushärtenden Epoxyharzes wurde gemäß des Sprühverfahrens so zu dieser Bahn gegeben, dass der Gehalt davon in dem resultierenden Vliesstoff nach dem Trocknen desselben 20% betrug, gefolgt von Trocknen desselben durch Erwärmen, um einen Vliesstoff mit einer Flächenmasse von 25 g/m² zu ergeben.
Dann wurde der resultierende Vliesstoff einer Kalanderbehandlung unter Verwendung eines heißen Kalanders mit einer Walzentemperatur von 200°C unterzogen, so dass die Dichte des Vliesstoffs nach dem Kalandern auf eine Höhe von 0,6 g/cm³ verringert wurde. Der resultierende Vliesstoff wurde auf Festigkeit untersucht, und die so erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefasst.
Beispiel 4
Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 3 verwendet wurden, wurden wiederholt, außer dass das Packungsverhältnis der Kügelchen auf 45% geändert wurde, und dass die Rotationsfrequenz auf 1910 Upm (Geschwindigkeit am Umfang: 10,0 m/s) geändert wurde, um so eine Faser und einen Vliesstoff zu erzeugen. Als ein Ergebnis wurde gefunden, dass die nach der Behandlung erhaltene Faser ein Wmax/Wmin-Verhältnis von 2,33; ein Wmax/Wav-Verhältnis von 2,33; ein Verhältnis von L2/L1 von 0,05; und eine Faserlänge von 3 mm besaß.
Die Ergebnisse, die erhalten wurden, als der Vliesstoff durch Wiederholen der gleichen Verfahren, die in Beispiel 1 verwendet wurden, hergestellt wurde, sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Beispiel 5
Die gleichen Verfahren, die in Beispiel 3 verwendet wurden, wurden wiederholt, außer dass das Packungsverhältnis der Kügelchen auf 60% geändert wurde, um so eine Faser und einen Vliesstoff zu erzeugen. Als ein Ergebnis wurde gefunden, dass die nach der Behandlung erhaltene Faser ein Wmax/Wmin-Verhältnis von 3,23; ein Wmax/Wav-Verhältnis von 1,83; einen Wert: L2/L1 von 0,5; und eine Faserlänge von 3 mm besaß.
Die Ergebnisse, die erhalten wurden, als der Vliesstoff durch Wiederholen der gleichen Verfahren, die in Beispiel 3 verwendet wurden, hergestellt wurde, sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 5
Ein Vliesstoff wurde durch Wiederholen der gleichen Verfahren, die in Beispiel 3 verwendet wurden, hergestellt, außer dass die Fasern keiner Sandmühlenbehandlung unterzogen wurden. Es wurde gefunden, dass die nach der Behandlung erhaltene Faser ein Wmax/Wmin-Verhältnis von 1,00; ein Wmax/Wav-Verhältnis von 1,00; ein Verhältnis von L2/L1 von 0 besaß; und die Faserlänge betrug 3 mm.
Die Ergebnisse, die erhalten wurden, als der Vliesstoff durch Wiederholen der gleichen Verfahren, die in Beispiel 3 verwendet wurden, hergestellt wurde, sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2

*: Vergleichsbeispiel

Wie aus den Daten, die in Tabelle 2 aufgeführt sind, ersichtlich ist, besitzt der Vliesstoff, der unter Verwendung der teilweise flachen Fasern gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, eine hohe Festigkeit verglichen mit der, die für den Vliesstoff beobachtet wird, der unter Verwendung von Fasern vor der teilweise abflachenden Behandlung hergestellt wurde.
Wie vorstehend ausführlich diskutiert wurde, wird die flache Faser gemäß der vorliegenden Erfindung geeigneterweise als ein Material zur Herstellung eines Vliesstoffs mit hoher Festigkeit verwendet, und die Reißfestigkeit, die beobachtet wird, wenn die Fasern zu einem Vliesstoff geformt werden, ist deutlich verbessert verglichen mit den herkömmlichen Fasern. Außerdem erlaubt das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung die einfache und effiziente Herstellung der vorstehenden teilweise abgeflachten Fasern.

Claims

Flache Polybenzazolfaser mit einem abgeflachten Bereich, wobei der Grad der Flachheit durch das Verhältnis Langdurchmesser/Kurzdurchmesser des Faserquerschnitts, welches 2 oder größer ist, definiert ist und wobei der Kurzdurchmesser 7 μm oder weniger beträgt.
Faser gemäß Anspruch 1, wobei der Grad der Flachheit der Faser 5 oder größer ist.
Faser gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Kurzdurchmesser 5 μm oder weniger beträgt.
Faser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der abgeflachte Bereich durch die Faser in Longitudinalrichtung gebildet ist.
Faser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der flache Bereich entlang der Longitudinalrichtung teilweise gebildet ist.
Faser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Polybenzazolfaser eine Poly(p-phenylenbenzobisoxazol)faser ist.
Vliesstoff, umfassend die flache Polybenzazolfaser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Vliesstoff gemäß Anspruch 7, welcher mit einem Harzbindemittel imprägniert ist.
Vliesstoff gemäß Anspruch 7, wobei die Polybenzazolfaser eine Poly(p-phenylenbenzobisoxazol)faser ist.
Verfahren zur Herstellung der flachen Polybenzazolfaser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die Schritte des Behandelns einer Polybenzazolfaser mit einer Sandmühle und des Sammelns der flachen Polybenzazolfaser.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Polybenzazolfaser eine Poly(p- phenylenbenzobisoxazol)faser ist.
Teilweise flache synthetische Faser mit einem abgeflachten Bereich entlang der Longitudinalrichtung der Faser, wobei die maximale Faserbreite des abgeflachten Bereichs (Wmax) und die geringste Faserbreite der synthetischen Faser (Wmin) das Verhältnis Wmax/Wmin von 2 oder größer aufweist.
Teilweise flache synthetische Faser gemäß Anspruch 12, wobei Wmax/Wmin 2,5 oder größer ist.
Teilweise abgeflachte synthetische Faser mit einem abgeflachten Bereich entlang der Longitudinalrichtung der Faser, wobei die Maximalbreite des abgeflachten Bereichs (Wmax) und die durchschnittliche Faserbreite in der Längsrichtung der synthetischen Faser (Wav) das Verhältnis Wmax/Wav von 1,5 oder größer aufweist.
Teilweise flache synthetische Faser gemäß Anspruch 14, wobei Wmax/Wav 2 oder größer ist.
Teilweise flache synthetische Faser gemäß Anspruch 12 oder 14, wobei die Gesamtfaserlänge (L1) und die Gesamtlänge des abgeflachten Bereichs (L2) ein Verhältnis des Abgeflachtseins von L1/L2 im Bereich von 0,05 bis 0,5 aufweist.
Teilweise flache synthetische Faser gemäß Anspruch 12 oder 14, wobei die synthetische Faser keine selbstklebende Bindungseigenschaft oder selbsthaftende Eigenschaft aufweist.
Teilweise flache synthetische Faser gemäß Anspruch 12 oder 14, wobei die synthetische Faser aus para-aromatischen Polyamidfasern und Polybenzazolfasern ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung der teilweise flachen synthetischen Faser gemäß Anspruch 12 oder 14, umfassend die Schritte des Behandelns einer synthetischen Faser mit einer Sandmühle und des Sammelns der teilweise flachen synthetischen Faser.
Vliesstoff umfassend die teilweise flache synthetische Faser gemäß Anspruch 12 oder 14.