JP2002054024A - Method of producing polybenzazole fiber - Google Patents

Method of producing polybenzazole fiber

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JP2002054024A
JP2002054024A JP2000238919A JP2000238919A JP2002054024A JP 2002054024 A JP2002054024 A JP 2002054024A JP 2000238919 A JP2000238919 A JP 2000238919A JP 2000238919 A JP2000238919 A JP 2000238919A JP 2002054024 A JP2002054024 A JP 2002054024A
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JP
Japan
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dope
fiber
polybenzazole
filament
spinneret
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Application number
JP2000238919A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiko Teramoto
喜彦 寺本
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Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing polybenzazole fiber of high strength with high productivity. SOLUTION: The polybenzazole dope comprising polybenzazole fiber and solvent is extruded through the orifices on the spinneret that has the ratio of the land length L to the orifice diameter D, L/D<=1, and the taper angle immediately before the land part is <=18 deg., under the conditions with the pressure drop of <=10 MPa from the orifice to the spinneret thereby forming the dope filament. The resultant dope filament is drawn >=10 times in non-coagulating fluid, the drawn dope filament is brought into contact with coagulating fluid whereby the solvent is removed from the filament. In this process, there happen no worsened operability and no deterioration in quality, even when the dope throughput is increased at an increased spinning speed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高強度・高弾性率ポ
リベンゾオキサゾールを工業的に生産する技術さらに詳
しくは、ポリベンザゾール繊維の優れた強度特性を損な
う事なく紡糸するプロセスに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for industrially producing high-strength and high-modulus polybenzoxazole, and more particularly to a process for spinning polybenzazole fiber without deteriorating its excellent strength properties. .

【0002】[0002]

【従来の技術】ポリベンザゾール繊維は現在市販されて
いるスーパー繊維の代表であるアラミド繊維やポリアリ
レート繊維に対して強度と耐熱性が大幅に上まわってい
るため次世代のスーパー繊維として期待されている。ポ
リベンザゾール重合体は分子骨格が非常に剛直であるた
めに、アラミドやポリアリレートよりも加工性が悪く特
に紡糸工程の口金部分の流動挙動が、可紡性に大きく影
響する。特開平7−157918号公報に、ダイ角度が
30度以下のノズルを用いる事で150m/分以上の高
紡速でも糸切れが発生することなく繊維を製造できるこ
とが開示されている。しかしながら、紡糸工程の生産性
をさらに高めるために紡速と紡糸孔からの吐出量を増大
させていくとポリベンザゾール繊維の力学特性が低下し
てしまう問題があった。
2. Description of the Related Art Polybenzazole fiber is expected to be a next-generation super fiber because it has significantly higher strength and heat resistance than aramid fiber and polyarylate fiber, which are representatives of currently marketed super fibers. ing. Since the polybenzazole polymer has a very rigid molecular skeleton, its processability is lower than that of aramid or polyarylate, and the flow behavior of the spinneret in the spinning step greatly affects spinnability. JP-A-7-157918 discloses that by using a nozzle having a die angle of 30 degrees or less, a fiber can be produced without yarn breakage even at a high spinning speed of 150 m / min or more. However, when the spinning speed and the discharge amount from the spinning hole are increased in order to further increase the productivity of the spinning process, there has been a problem that the mechanical properties of the polybenzazole fiber deteriorate.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ポリベンザゾールポリ
マーと溶媒からなる紡糸ドープから繊維を製造する工程
において、高い生産性で強度低下がない優れた品質のポ
リベンザゾール繊維を製造する技術に関する発明であ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In a process for producing a fiber from a spin dope comprising a polybenzazole polymer and a solvent, the present invention relates to a technique for producing a high-quality polybenzazole fiber having high productivity and no strength reduction. is there.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、ポリベンザゾ
ールもしくはこの共重合ポリマーであるポリベンザゾー
ルポリマーと溶媒からなる紡糸ドープから繊維を製造す
る際に以下の工程からなることを特徴とするポリベンザ
ゾール繊維の製造方法である。 (1)ランド部直前のテーパー角が20度以下である紡糸
口金の孔から紡糸口金部分の圧力損失が10MPa以下
の条件で、紡糸ドープを押し出してドープ・フィラメン
トを形成し、 (2) このドープ・フィラメントを非凝固性流体中で延伸
し、 (3) 延伸されたドープ・フィラメントを凝固性液体に接
触させつつ該フィラメントから脱溶媒する。 そして望ましくはランド長Lと吐出孔径Dとの比L/D
が1以下である上記記載のポリベンザゾール繊維の製造
方法である。
The present invention is characterized by comprising the following steps when producing a fiber from a spin dope comprising polybenzazole or a polybenzazole polymer which is a copolymer thereof and a solvent. This is a method for producing polybenzazole fibers. (1) A spin dope is extruded from a hole of a spinneret having a taper angle of 20 degrees or less immediately before a land under a pressure loss of 10 MPa or less to form a dope filament. Stretching the filament in a non-coagulating fluid, and (3) removing the solvent from the stretched dope filament while contacting the filament with the coagulating liquid. Desirably, the ratio L / D of the land length L to the discharge hole diameter D
Is 1 or less.

【0005】以下本発明を詳細に説明する。本発明にお
けるポリベンザゾール繊維とは、ポリベンザゾールポリ
マーからなる繊維をいい、ポリベンザゾール(PBZ)
とは、ポリベンゾオキサゾール(PBO)ホモポリマ
ー、ポリベンゾチアゾール(PBT)、ポリベンズイミ
ダゾール(PBI)ホモポリマー及びそれらPBO、P
BT,PBIのランダム、シーケンシャルあるいはブロ
ック共重合ポリマーをいう。ここでポリベンゾオキサゾ
ール、ポリベンゾチアゾール及びそれらのランダム、シ
ーケンシャルあるいはブロック共重合ポリマーは、例え
ば Wolfe等の「Liquid Crystalline Polymer Compositi
ons , Process and Products」米国特許第470310
3号(1987年10月27日)、「Liquid Crystalli
ne Polymer Compositions , Process andProducts」米
国特許4533692号(1985年8月6日)、「Li
quid Crystalline Poly(2,6-Benzothiazole) Compositi
on, Process and Products」米国特許第4533724
号(1985年8月6日)、「Liquid Crystalline Po
lymer Compositions , Process and Products」 米国
特許第4533693号(1985年8月6日)、Ever
sの「Thermooxidatively Stable Articulated p-Benzob
isoxazole and p-Benzobisthiazole Polymres」米国特
許第4539567号(1982年11月16日)、Ta
si等の「Method for making Heterocyclic Block Copol
ymer」米国特許第4578432号(1986年3月2
5日)、等に記載されている。ポリベンザゾールポリマ
ーに含まれる構造単位としては、好ましくはライオトロ
ピック液晶ポリマーから選択される。モノマー単位は構
造式(a)〜(h)に記載されているモノマー単位から
なり、さらに好ましくは、本質的に構造式(a)〜
(c)から選択されたモノマー単位からなる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The polybenzazole fiber in the present invention refers to a fiber made of a polybenzazole polymer, and is a polybenzazole (PBZ)
Are polybenzoxazole (PBO) homopolymer, polybenzothiazole (PBT), polybenzimidazole (PBI) homopolymer and their PBO, PBO
BT, PBI random, sequential or block copolymer. Here, polybenzoxazole, polybenzothiazole and their random, sequential or block copolymers are described, for example, in "Liquid Crystalline Polymer Composite" by Wolfe et al.
ons, Process and Products "U.S. Pat.
No. 3 (October 27, 1987), "Liquid Crystalli
ne Polymer Compositions, Process and Products, US Pat. No. 4,533,692 (August 6, 1985);
quid Crystalline Poly (2,6-Benzothiazole) Compositi
on, Process and Products "U.S. Patent No. 4,533,724.
(August 6, 1985), "Liquid Crystalline Po
lymer Compositions, Process and Products "U.S. Pat. No. 4,533,693 (August 6, 1985), Ever
s' Thermooxidatively Stable Articulated p-Benzob
isoxazole and p-Benzobisthiazole Polymres, U.S. Pat.No. 4,539,567 (November 16, 1982), Ta
`` Method for making Heterocyclic Block Copol '' such as si
ymer, U.S. Pat. No. 4,578,432 (March 2, 1986)
5th), etc. The structural unit contained in the polybenzazole polymer is preferably selected from a lyotropic liquid crystal polymer. The monomer units consist of the monomer units described in structural formulas (a) to (h), and more preferably essentially consist of structural formulas (a) to
It consists of monomer units selected from (c).

【0006】[0006]

【化1】 Embedded image

【0007】[0007]

【化2】 Embedded image

【0008】以下に、ポリベンザゾール繊維を得る為の
製造方法について述べる。ポリベンザゾールポリマーの
ドープを形成するための好適な溶媒としては、クレゾー
ルやそのポリマーを溶解し得る非酸化性の酸が含まれ
る。好適な酸溶媒の例としては、ポリリン酸、メタンス
ルホン酸および高濃度の硫酸等の鉱酸あるいはそれらの
混合物が挙げられる。さらに適する溶媒はポリリン酸と
メタンスルホン酸の混合物である。また最も適する本発
明の溶媒は、ポリリン酸である。
Hereinafter, a production method for obtaining polybenzazole fibers will be described. Suitable solvents for forming the polybenzazole polymer dope include cresol and non-oxidizing acids that can dissolve the polymer. Examples of suitable acid solvents include mineral acids such as polyphosphoric acid, methanesulfonic acid and concentrated sulfuric acid, or mixtures thereof. Further suitable solvents are mixtures of polyphosphoric acid and methanesulfonic acid. The most suitable solvent of the present invention is polyphosphoric acid.

【0009】溶媒中のポリマー濃度は好ましくは7重量
%以上であり、さらに好ましくは少なくとも10重量
%、最も好ましくは少なくとも12重量%から18重量
%である。最大濃度は、例えばポリマーの溶解性やドー
プ粘度といった実際上の取扱い性により限定される。そ
れらの限界要因のために、ポリマー濃度は通常では30
重量%を超えることはない。
[0009] The concentration of the polymer in the solvent is preferably at least 7% by weight, more preferably at least 10% by weight, most preferably at least 12 to 18% by weight. The maximum concentration is limited by practical handling properties such as, for example, polymer solubility and dope viscosity. Due to their limiting factors, the polymer concentration is usually 30
It does not exceed weight%.

【0010】好適なポリマーやコポリマーあるいはドー
プは公知の手法により合成される。例えば Wolfe等の米
国特許第4533693号(1985年8月6日)、Sy
bert等の米国特許4772678号(1988年9月2
0日)、Harrisの米国特許第4847350号(198
9年7月11日)に記載される方法で合成される。ポリ
ベンザゾールポリマーは、Gregory等の米国特許第50
89591号(1992年2月18日)によると、脱水
性の酸溶媒中での比較的高温、高剪断条件下において高
い反応速度での高分子量化が可能である。
[0010] Suitable polymers, copolymers or dopes are synthesized by known techniques. See, eg, Wolfe et al., US Pat. No. 4,533,693 (August 6, 1985), Sy.
U.S. Pat. No. 4,772,678 to S. bert et al. (September 2, 1988)
0) Harris U.S. Pat. No. 4,847,350 (198).
(July 11, 2009). Polybenzazole polymers are disclosed in US Pat.
According to 899591 (February 18, 1992), it is possible to increase the molecular weight at a high reaction rate under a relatively high temperature and high shear condition in a dehydrating acid solvent.

【0011】このようにして重合されるドープは、液晶
性を示す。一般に剛直性高分子溶液は、特定の濃度範囲
で、ポリドメイン構造と呼ばれる不均質な微細構造を有
する。個々のポリドメイン内では剛直な分子鎖の向きが
ほぼ揃っている。液晶性溶液を定量的に表すパラメータ
ーとして、分子鎖の向きを表すダイレクターベクトルu
とそのベクトルに対する配向の分布を表すオーダーパラ
メーターSの2つが用いられる。ポリベンザゾールとポ
リ燐酸からなる溶液のポリドメイン構造は流動下の大変
形で個々のダイレクターuの向きが揃い、ドメインのド
メイン境界が消失してモノドメイン構造に変化するとい
われている。
The dope polymerized in this way exhibits liquid crystallinity. Generally, a rigid polymer solution has a heterogeneous microstructure called a polydomain structure in a specific concentration range. Within each polydomain, the direction of rigid molecular chains is almost aligned. As a parameter quantitatively representing a liquid crystalline solution, a director vector u representing a direction of a molecular chain is used.
And an order parameter S representing the distribution of the orientation with respect to the vector. It is said that the polydomain structure of a solution composed of polybenzazole and polyphosphoric acid has a large deformation under flow so that the directions of the individual directors u are aligned, the domain boundaries of the domains disappear, and the domain changes to a monodomain structure.

【0012】紡糸口金部分での、ポリベンザゾール溶液
流動の特徴として、吐出量を高めていくと細管流入部の
断面積縮小部分でのメルトフラクチャーと呼ばれる不安
定流動が非常に発生しやすい。紡糸口金の細管流入部は
一般的にテーパー状に加工されていて断面積変化か緩や
かになるように設計されている。特開平7−15791
8号公報では、紡糸口金形状は安定最大吐出量を支配す
るので生産性への寄与が大きいことが記載されている
が、非常に高い吐出量ではさらに形状を工夫する必要が
ある。まず、細管流入部では、図―1のように細管の対
称軸付近に伸長流動部分が生じ、テーパー状の管壁では
流れが淀む。Cogswell(Journal of Polymer Engineeri
ng and Science 12巻64頁、1972年)でモデル化してい
るような自由流入角の範囲の流体が細管内に流れ込む。
この自由流入角は流量の増大とともに小さくなり10度
未満の角度になる。図―2のテーパー角2θを自由流入
角に近づけるほどメルトフラクチャーは発生しにくくな
るが、紡糸口金の精密加工コストの増大を招くので10
度未満にする事は困難である。みかけせん断速度を次式
で定義する。式中のQは容積流量[cc/秒]、Dは細
管直径[cm]である。
As a feature of the flow of the polybenzazole solution in the spinneret, as the discharge rate is increased, unstable flow called melt fracture is very likely to occur in the portion where the cross-sectional area of the narrow tube is reduced. The capillary inlet of the spinneret is generally processed into a tapered shape, and is designed so that the cross-sectional area changes or becomes gentle. JP-A-7-15791
Japanese Patent Publication No. 8 describes that the shape of the spinneret governs the stable maximum discharge amount and thus greatly contributes to productivity. However, when the discharge amount is extremely high, the shape needs to be further devised. First, as shown in FIG. 1, an elongated flow portion is formed near the axis of symmetry of the thin tube at the thin tube inflow portion, and the flow is stagnant at the tapered tube wall. Cogswell (Journal of Polymer Engineeri
ng and Science, Vol. 12, p. 64, 1972) flows into the capillary at a free flow angle.
This free inflow angle becomes smaller as the flow rate increases and becomes less than 10 degrees. Melt fracture is less likely to occur as the taper angle 2θ in FIG. 2 is closer to the free inflow angle, but the cost of precision processing of the spinneret is increased.
It is difficult to make it below the degree. The apparent shear rate is defined by the following equation. In the equation, Q is a volume flow rate [cc / sec], and D is a capillary diameter [cm].

【0013】[0013]

【数1】 (Equation 1)

【0014】見かけせん断速度がおよそ5000[1/
秒]を越えると、テーパー角2θは20度以下でなけれ
ばメルトフラクチャーによる不安定が強まり好ましくな
い。さらに好ましいテーパー角は18度以下、最も好ま
しいテーパー角は16度以下である。また、好ましい形
状の紡糸口金を用いても吐出時に過大なせん断応力が発
生する系では不安定流動が避けられず繊維強度が低下す
る。紡糸口金部分での圧力損失は10MPa以下である
事が好ましい。この圧力損失には、フィルターメッシュ
やサンドなどの細孔を通過するときの粘性抵抗は含ま
ず、主として細管流入部と細管部分で発生する伸長およ
びせん断の粘性抵抗を意味する。より好ましくは9MP
a以下である事が好ましい。ドープの吐出量を維持しつ
つ粘性抵抗を低減する手段としては、細管部直径Dを大
きくする方法、紡糸温度を高くする方法などがある。
When the apparent shear rate is about 5000 [1 /
Sec], the taper angle 2θ is not preferred to be not more than 20 degrees, which is not preferable because the melt fracture becomes more unstable. The more preferable taper angle is 18 degrees or less, and the most preferable taper angle is 16 degrees or less. In addition, even if a spinneret having a preferable shape is used, unstable flow is unavoidable in a system in which excessive shear stress is generated at the time of discharge, and the fiber strength is reduced. The pressure loss at the spinneret portion is preferably 10 MPa or less. This pressure loss does not include the viscous resistance when passing through pores such as a filter mesh and a sand, but means the viscous resistance of elongation and shear generated mainly at the capillary inlet and the capillary part. More preferably 9MP
It is preferable that it is not more than a. As a means for reducing the viscous resistance while maintaining the discharge amount of the dope, there are a method of increasing the diameter D of the thin tube portion and a method of increasing the spinning temperature.

【0015】紡糸口金形状に関してさらに検討を進めた
結果、ランド長Lと吐出孔径Dとの比L/Dが1以下で
あることが重要である。Lが長くなると強度が低下する
傾向にある。これは、Lが長くなると壁面でドープが摩
擦を受けて速度分布が発達してくる。発達した速度分布
では対称軸近傍と管壁部でのせん断速度履歴の差が広が
り、繊維内部の構造差が生じる為と推定している。
As a result of further study on the shape of the spinneret, it is important that the ratio L / D between the land length L and the discharge hole diameter D is 1 or less. As L becomes longer, the strength tends to decrease. This is because, as L becomes longer, the dope receives friction on the wall surface and the velocity distribution develops. In the developed velocity distribution, it is presumed that the difference between the shear velocity histories near the axis of symmetry and the wall of the tube widens, causing a structural difference inside the fiber.

【0016】紡糸口金の細管から空気などの非凝固性流
体中に押し出されたドープは、ローラーなどの引き取り
装置で引き延ばされる。ドープ・フィラメントが凝固液
と接触して固化されるまでのゾーンをドローゾーンとよ
ぶ。このドローゾーンでポリベンザゾールポリマーおよ
び溶媒の分子は、口金出口の配向状態よりさらに高度に
配向させることができる。高強度繊維を得るためには、
高倍率で引き延ばすことが好ましいがあまり高い倍率で
引き延ばすと紡糸張力が過大になり糸切れ頻度が多くな
り好ましくない。好ましいドローゾーンでは延伸倍率は
10倍以上200倍以下で、より好ましくは、20倍以
上100倍以下最も好ましくは、25倍以上80倍以下
である。このように加工されたドープ・フィラメントは
その後の凝固・水洗工程でポリマーが緻密に凝集した繊
維構造が形成される素地が出来上がっている。
The dope extruded from the thin tube of the spinneret into a non-coagulable fluid such as air is stretched by a take-off device such as a roller. The zone where the dope filament contacts the coagulating liquid and is solidified is called a draw zone. In this draw zone, the molecules of the polybenzazole polymer and the solvent can be oriented more highly than the orientation at the mouth of the die. In order to obtain high strength fiber,
It is preferable to stretch at a high magnification, but if it is stretched at a too high magnification, the spinning tension becomes excessive and the frequency of yarn breakage increases, which is not preferable. In a preferred draw zone, the draw ratio is 10 times or more and 200 times or less, more preferably 20 times or more and 100 times or less, and most preferably 25 times or more and 80 times or less. The dope filament processed in this manner has a base in which a fiber structure in which the polymer is densely aggregated is formed in a subsequent coagulation / washing step.

【0017】ドローゾーンで、安定に延伸を行うために
温度が調整された非凝固性流体を流してドープ・フィラ
メントの冷却速度を制御することが特に好ましい。工業
的実施の観点から、非凝固性流体としては気体が好まし
く特に空気が好ましい。空気で冷却する場合の空気温度
は常温から90℃の範囲が好ましく、ドローゾーンの延
伸倍率が高い場合にはドープの粘度上昇を緩やかにする
必要があるので50℃以上の高温の空気を利用すること
が好ましい。
In the draw zone, it is particularly preferable to control the cooling rate of the dope filament by flowing a non-coagulating fluid whose temperature has been adjusted for stable drawing. From the viewpoint of industrial implementation, the non-coagulable fluid is preferably a gas, and particularly preferably air. When cooling with air, the air temperature is preferably in the range of room temperature to 90 ° C. When the draw ratio of the draw zone is high, it is necessary to moderately increase the viscosity of the dope. Is preferred.

【0018】ポリベンザゾール繊維は、冷却固化した後
に凝固液と接触し凝固およびまたは溶媒抽出される。こ
こで説明する凝固とは、成形体中の溶媒分率が減少する
ことや溶媒中の水分率が高まる事で、成形体を再び、ド
ープが流動する温度まで昇温しても流動性を示さなくな
る状態になる事を示し。抽出とは、成形体中の溶媒濃度
を下げる操作を意味する。凝固液はリン酸水溶液が好ま
しく、リン酸水溶液は濃度75%以下で、温度が60℃
以下であることがさらに好ましい。 凝固後の水洗で
は、リン元素の濃度をポリマー重量に対して0.7%以
下まで抽出することが好ましい。この際のポリマー中の
溶媒濃度は燐酸換算で2%以下である。また水洗工程で
中和工程を実施して繊維の後加工中の強度保持をはかる
ことが特に好ましいが、必須ではない。中和剤としてア
ルカリ金属の塩基が用いられ、繊維中に残留するPに対
するアルカリ金属のモル比が0.2以上1.5以下とする事
が好ましい。
After the polybenzazole fiber is cooled and solidified, it is brought into contact with a coagulating liquid and coagulated and / or solvent-extracted. The solidification described here means that the fluidity is exhibited even when the molded body is again heated to a temperature at which the dope flows by reducing the solvent fraction in the molded body or increasing the moisture percentage in the solvent. Indicates that it will be gone. The extraction means an operation for lowering the solvent concentration in the molded body. The coagulation solution is preferably a phosphoric acid aqueous solution, and the phosphoric acid aqueous solution has a concentration of 75% or less and a temperature of 60 ° C.
It is more preferred that: In the water washing after coagulation, it is preferable to extract the concentration of the phosphorus element to 0.7% or less based on the weight of the polymer. At this time, the solvent concentration in the polymer is 2% or less in terms of phosphoric acid. It is particularly preferable to carry out the neutralization step in the water washing step to maintain the strength during the post-processing of the fiber, but this is not essential. It is preferable that an alkali metal base is used as the neutralizing agent, and that the molar ratio of the alkali metal to P remaining in the fiber be 0.2 or more and 1.5 or less.

【0019】繊維中の溶媒を十分に抽出した、ポリベン
ザゾール繊維の内部には溶媒との相互拡散で繊維内部に
入り込んだ非溶媒が含まれる。この非溶媒を多く含む状
態のポリベンザゾール繊維では、有機溶剤分子や金属イ
オンを繊維内に注入する事ができる。顔料、染料、滑
剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、耐光剤等を繊維内に含
浸させる事が可能である。
The inside of the polybenzazole fiber from which the solvent in the fiber has been sufficiently extracted contains the non-solvent which has entered the inside of the fiber by mutual diffusion with the solvent. In the polybenzazole fiber containing a large amount of non-solvent, organic solvent molecules and metal ions can be injected into the fiber. It is possible to impregnate the fibers with pigments, dyes, lubricants, ultraviolet absorbers, antioxidants, light stabilizers and the like.

【0020】このような工程を経て、十分に溶媒抽出さ
れたポリベンザゾール成形体中に存在する水は乾燥する
事が望ましい。成形体中の水分は常温でも蒸発して内部
にボリマー重量に対して3%以下まで乾燥させる事がで
きるが、ポリベンザゾール成形体の好ましい水分率は、
ポリベンザゾール成形体の平衡水分率相当以下である。
平衡水分率は使用される環境により変化するが、およそ
2%である。工業的プロセスでは高い温度を用いて短時
間で乾燥させる方式の方が生産性の観点から有利であ
る。特に、ポリベンザゾールポリマーは非常に耐熱性が
優れており230℃以上の温度で乾燥しても強度低下を
生じない。乾燥の温度を高くすればする程、乾燥に要す
る時間を短くできるので生産設備もしくは乾燥バッチの
サイクルタイムを短くすることができる。
Through these steps, it is desirable that the water present in the polybenzazole formed body sufficiently extracted with the solvent is dried. Moisture in the molded article can be evaporated to room temperature and dried to 3% or less based on the weight of the polymer at normal temperature.
It is equal to or less than the equilibrium moisture content of the polybenzazole molded article.
The equilibrium moisture content varies depending on the environment in which it is used, but is approximately 2%. In an industrial process, a method of drying in a short time using a high temperature is more advantageous from the viewpoint of productivity. In particular, the polybenzazole polymer has extremely excellent heat resistance, and does not decrease in strength even when dried at a temperature of 230 ° C. or higher. The higher the drying temperature, the shorter the time required for drying, so that the cycle time of the production equipment or the drying batch can be shortened.

【0021】高い温度で乾燥すると、繊維のヤングモジ
ュラスが向上することが知られている。逆にポリベンザ
ゾール繊維の伸度を大きくする為には低温で乾燥させる
ことが好ましい。また、高い張力を加えた状態で乾燥さ
せた場合にもヤングモジュラスが向上することが知られ
ている。但し、高い張力を加えた状態では凝固剤が繊維
内部を拡散して糸の外部に散逸する速度が低下して乾燥
に要する時間が長くなる。
It is known that drying at an elevated temperature improves the Young's modulus of the fiber. Conversely, it is preferable to dry at a low temperature in order to increase the elongation of the polybenzazole fiber. It is also known that the Young's modulus is improved when dried under high tension. However, in a state where a high tension is applied, the speed at which the coagulant diffuses inside the fiber and dissipates to the outside of the yarn decreases, and the time required for drying increases.

【0022】成形体の配向度をさらに高め、分子鎖間の
パッキングをさらに高める目的で、400℃以上の温度
で熱処理を行うことができる。熱処理による強度低下を
防止する為に張力下で熱処理することが好ましい。
Heat treatment can be performed at a temperature of 400 ° C. or more for the purpose of further increasing the degree of orientation of the molded body and further increasing the packing between molecular chains. The heat treatment is preferably performed under tension in order to prevent a decrease in strength due to the heat treatment.

【0023】乾燥前の凝固剤を多量に含んだ繊維を緊張
処理することにより熱処理における弾性率を向上させる
効果がある。熱処理に於ける張力は、高いほど弾性率を
向上させることができるが過大な張力をかけると糸切れ
などの欠点が発生しやすくなる。本発明の紡糸口金の条
件が改善された方法で得られた繊維は熱処理前の繊維強
度が高いので、熱処理での張力を高く設定することがで
きる。したがって、安定して高弾性率ポリベンザゾール
繊維を製造することができる。
Tensioning a fiber containing a large amount of a coagulant before drying has the effect of improving the elastic modulus in heat treatment. The higher the tension in the heat treatment, the higher the elastic modulus can be improved. However, if an excessive tension is applied, defects such as thread breakage are likely to occur. Since the fiber obtained by the method with improved spinneret conditions of the present invention has a high fiber strength before heat treatment, the tension in heat treatment can be set high. Therefore, a high elastic modulus polybenzazole fiber can be stably manufactured.

【0024】[0024]

【実施例】以下に実施例を示すが本発明はこれらの実施
例に限定されるものではない。断りがない場合には分量
およびパーセンテージはすべて重量で示す。 <強度・弾性率の測定法>ASTM D885−98に
準拠して、島津製作所製オートグラフに5kN容量のキ
ャプスタン型掴み具を装着して測定を行った。
EXAMPLES Examples are shown below, but the present invention is not limited to these examples. All amounts and percentages are by weight unless otherwise indicated. <Measurement Method of Strength and Elastic Modulus> Measurement was performed by attaching a capstan-type gripper having a capacity of 5 kN to an autograph manufactured by Shimadzu Corporation in accordance with ASTM D885-98.

【0025】(実施例1〜4および比較例1〜3)極限
粘度数29.3dl/gのポリベンツオキサゾールポリ
マーを14%溶かしたポリ燐酸溶液を、表−1に示す条
件で種々の紡糸口金より押し出した。押し出されたドー
プ・フィラメントを長さ350mmのクロス・フロー式
のクエンチゾーンを通し、紡糸口金から1650mmの
位置に設けた漏斗型凝固浴に導き凝固した後、ネルソン
式の3基の水洗槽で十分水洗した後、0.1%苛性ソー
ダ水溶液中を通し更に水洗した糸をネルソン式の乾燥オ
ーブンに通し乾燥を行った。表1に紡糸状況、繊維の力
学特性を示す。
(Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3) A polyphosphoric acid solution in which 14% of a polybenzoxazole polymer having an intrinsic viscosity of 29.3 dl / g was dissolved was subjected to various spinnerets under the conditions shown in Table 1. More extruded. The extruded dope filament was passed through a 350 mm long cross-flow type quench zone, introduced into a funnel-type coagulation bath provided at a position of 1650 mm from the spinneret, solidified, and then sufficiently washed with three Nelson-type washing tanks. After washing with water, the yarn was passed through a 0.1% aqueous solution of caustic soda, and the washed yarn was dried through a Nelson-type drying oven. Table 1 shows the spinning status and the mechanical properties of the fiber.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表1中の、紡糸口金テーパー角は細管直前
の角度(図―2の2θ)を表す。紡糸口金の圧力損失は
スピンパックの濾材と金網フィルターを取り外してスピ
ンパック入り口の圧力計で読みとった値を示した。実際
の紡糸は、シンター・モランダム#24の7mmの濾層
とセットフィルター(#100メッシュ+#800メッ
シュ+#50メッシュ材質は全てSUS316製)を取
り付けて行った。
In Table 1, the spinneret taper angle represents the angle immediately before the thin tube (2θ in FIG. 2). The pressure loss of the spinneret was a value read by a pressure gauge at the entrance of the spin pack after removing the filter medium and the wire mesh filter of the spin pack. The actual spinning was performed with a 7 mm filter layer of Sinter Morundum # 24 and a set filter (# 100 mesh + # 800 mesh + # 50 mesh are all made of SUS316).

【0028】実施例1,2および比較例1から紡糸口金
細管の直前テーパー角が、20度を超えるとキャピラリ
ーから吐出されるジェットが乱れて紡糸での糸切れが発
生し易くなると同時に繊維の強度が低下することがわか
る。
From Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, when the taper angle immediately before the spinneret exceeds 20 degrees, the jet discharged from the capillary is disturbed, so that yarn breakage during spinning is liable to occur and at the same time the fiber strength is increased. It can be seen that is decreased.

【0029】実施例1,3および比較例2でL/Dの効
果を説明する。L/Dが1を越えると、繊維の強度が低
下する傾向が認められる。これは、テーパー部分の伸長
流動の速度プロフィールが長いキャピラリーを通る間に
放物型に発達したあと紡糸口金出口で再び、延伸伸長さ
れる過程で内外層の分子配向斑ができるためと推定して
いる。
The effects of L / D will be described in Examples 1, 3 and Comparative Example 2. When L / D exceeds 1, the strength of the fiber tends to decrease. This is presumed to be due to the fact that the velocity profile of the elongational flow of the tapered portion develops into a parabolic shape while passing through a long capillary, and then, at the outlet of the spinneret, the molecular orientation unevenness of the inner and outer layers occurs during the elongation and elongation. I have.

【0030】実施例1,4および比較例3で紡糸口金部
分での過大なせん断抵抗の影響を明らかにする。紡糸口
金部分での圧力損失(紡糸口金との管壁で生じるせん断
抵抗とテーパー部分で生じる伸長抵抗の和)が10MP
aを越えるとキャピラリーから吐出されるジェットが乱
れて紡糸での糸切れが発生し易くなると同時に繊維の強
度が低下する。
Examples 1 and 4 and Comparative Example 3 clarify the effect of excessive shear resistance at the spinneret. Pressure loss at the spinneret (the sum of the shear resistance generated at the tube wall with the spinneret and the elongation resistance generated at the tapered portion) is 10MP.
When it exceeds a, the jet discharged from the capillary is disturbed, and yarn breakage during spinning is likely to occur, and at the same time, the fiber strength is reduced.

【0031】(実施例5および6)極限粘度数28.7
dl/gのポリベンツオキサゾールポリマーを14%溶
かしたポリ燐酸溶液を、表−2に示す条件で種々の紡糸
口金より押し出した。押し出されたドープ・フィラメン
トを長さ350mmのクロス・フロー式のクエンチゾー
ンを通し、紡糸口金から1650mmの位置に設けた漏
斗型凝固浴に導き凝固した後、ネルソン式の3基の水洗
槽で水洗した後、0.1%苛性ソーダ水溶液中を通し更
に水洗した糸をワインダーで巻き取り、イオン交換水に
8時間浸漬して水洗した後、80℃のオーブンで3時間
乾燥を行った。表2に紡糸状況、繊維の力学特性を示
す。
(Examples 5 and 6) Intrinsic viscosity number 28.7
Polyphosphoric acid solutions containing 14% of dl / g polybenzoxazole polymer were extruded from various spinnerets under the conditions shown in Table-2. The extruded dope filament was passed through a 350 mm long cross-flow quench zone, introduced into a funnel-type coagulation bath provided at a position of 1650 mm from the spinneret, solidified, and then washed with three Nelson-type washing tanks. After that, the yarn was further passed through a 0.1% aqueous solution of caustic soda, washed with water, wound up with a winder, immersed in ion-exchanged water for 8 hours, washed with water, and dried in an oven at 80 ° C. for 3 hours. Table 2 shows the spinning state and the mechanical properties of the fiber.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】本発明の導入孔直前テーパー角と圧力損
失、ランド長を満足する条件では紡速720m/分、紡
速800m/分といった高紡速でも糸切れの発生が増え
ることなく、強度低下もなく安定紡糸できる。
Under the conditions satisfying the taper angle just before the introduction hole, the pressure loss, and the land length according to the present invention, even at a high spinning speed such as a spinning speed of 720 m / min and a spinning speed of 800 m / min, the occurrence of yarn breakage does not increase and the strength decreases. And stable spinning.

【0034】[0034]

【発明の効果】高紡速でドープ吐出量を高めて生産して
も、操業性の悪化や品質の低下が生じない。
As described above, even if the production is performed at a high spinning speed and a high dope discharge rate, no deterioration in operability and quality occurs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】紡糸口金中でのドープの流動状態を表す模式
図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a flow state of a dope in a spinneret.

【図2】紡糸口金細孔部形状の説明図。FIG. 2 is an explanatory view of a shape of a spinneret pore portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2θ:テーパー部分の導入角 D:細孔直径 L:ランド長 2θ: Introducing angle of tapered portion D: Pore diameter L: Land length

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ポリベンザゾールもしくはこの共重合ポリ
マーであるポリベンザゾールポリマーと溶媒からなる紡
糸ドープから繊維を製造する際に以下の工程からなるこ
とを特徴とするポリベンザゾール繊維の製造方法。 (1)ランド部直前のテーパー角が20度以下である紡糸
口金の孔から紡糸口金部分の圧力損失が10MPa以下
の条件で、紡糸ドープを押し出してドープ・フィラメン
トを形成し、 (2) このドープ・フィラメントを非凝固性流体中で延伸
し、 (3) 延伸されたドープ・フィラメントを凝固性液体に接
触させつつ該フィラメントから脱溶媒する。
1. A method for producing a polybenzazole fiber, comprising the steps of producing a fiber from a spin dope comprising a polybenzazole or a polybenzazole polymer as a copolymer thereof and a solvent. (1) A spin dope is extruded from a hole of a spinneret having a taper angle of 20 degrees or less immediately before a land under a pressure loss of 10 MPa or less to form a dope filament. Stretching the filament in a non-coagulating fluid, and (3) removing the solvent from the stretched dope filament while contacting the filament with the coagulating liquid.
【請求項2】ランド長Lと吐出孔径Dとの比L/Dが1
以下である請求項1記載のポリベンザゾール繊維の製造
方法。
2. The ratio L / D of the land length L to the discharge hole diameter D is 1
The method for producing a polybenzazole fiber according to claim 1, which is as follows.
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