JP2004162230A

JP2004162230A - 熱可塑性合成繊維の製造方法

Info

Publication number: JP2004162230A
Application number: JP2002331924A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Takigami; 康太郎瀧上
Original assignee: Teijin Techno Products Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】高温下で熱延伸及び／又は熱処理する際に生ずる単繊維間の融着を防止して製糸性を向上させる目的で付与される無機微粉末を、熱延伸及び／又は熱処理後に効率的に除去して、高品位で且つ加工性も良好な繊維を得る製法を提供すること。
【解決手段】熱可塑性合成重合体からなる繊維に、不活性な無機微粉末を塗布して高温下で熱延伸及び／又は熱処理した後、水付与処理と、平均表面粗さが１．６μｍ以下である摩擦体に、張力を繊維の破断張力の３．０〜６５％負荷した状態で接触させる摩擦体への接触処理とを施して、繊維に付着している無機微粉末を除去する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性合成繊維の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、熱融着性を有する熱可塑性合成重合体からなる繊維を、高温下で熱延伸及び／又は熱処理して、加工性に優れた熱可塑性合成繊維を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、熱可塑性合成繊維に対する市場要求は高度化し、特に高強力、高弾性率化の物理的性質対する要請が強くなってきている。このため、例えば全芳香族ポリアミド繊維や全芳香族ポリエステル繊維にあっては、高温下で熱延伸したり長時間熱処理して繊維物性を改善することが行われている。また、近年の製糸速度の高速化に伴って、熱延伸及び／又は熱処理の温度も高くなってきている。
【０００３】
ところが、このように高温で延伸及び／又は熱処理を行うと、糸条は著しく軟化し、単繊維間での融着現象が生じる。特に、糸条のフィラメント数が多くなると融着はますます増大し、製糸性が低下するばかりでなく、得られた繊維も著しく柔軟性の低いものとなってしまう。
【０００４】
この問題を解決するため、特開昭５９−１６３４２５号公報には、熱融着性を有する合成繊維の熱延伸及び／又は熱処理に先立って無機微粉末を塗布し、融着を防ぐと同時に製糸性を改善する方法が提案されている。しかしこの方法では、繊維に塗布された無機微粉末が熱延伸及び／又は熱処理後も残存するので、得られた繊維を撚糸する際にスカムが発生しやすい、樹脂補強用繊維として使用する際にはマトリックス樹脂との接着性が低下しやすい等の、加工性の面で好ましくない影響が現れるという欠点がある。
【０００５】
このような問題を解消するため、特開昭６２−１４９９３４号公報には、延伸又は熱処理後に水付与処理及び空気流噴射処理を施して、繊維に塗布された無機微粉末を除去する方法が提案されている。しかしながら、水付与処理及び空気流噴射処理を施す方法では、フィラメント数が多くなると繊維束の内部に存在する無機微粉末を十分に除去することが困難になるという問題が発生する。また、近年の製糸速度の高速化に伴って、該方法では無機微粉末の除去効率が低下するため、無機微粉末の製品への残存量が増加するという問題が生じる。もちろん、この方法を複数回繰り返すと該残存量を減少させることは可能であるが、生産性が低下してコストが増大するという問題がある。
【０００６】
このように、高温で延伸及び／又は熱処理する際に生ずる単繊維間の融着を防止して製糸性を向上させると共に、繊維の加工性を改善し、高品質の繊維を生産性よく製造する方法は未だ提案されていないのが実情である。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５９−１６３４２５号公報
【特許文献２】
特開昭６２−１４９９３４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術を背景になされたもので、その目的は、高温下で熱延伸及び／又は熱処理する際に生ずる単繊維間の融着を防止して製糸性を向上させる目的で付与される無機微粉末を、熱延伸及び／又は熱処理後に効率的に除去して、繊維の加工性が良好で且つ高品位の熱可塑性合成繊維が得られる製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者の研究によれば、上記課題は、「熱可塑性合成重合体からなる繊維に、不活性な無機微粉末を塗布し、該繊維を高温下で熱延伸及び／又は熱処理する合成繊維の製造方法において、熱延伸及び／又は熱処理後に該繊維に水付与処理及び摩擦体との接触処理を施し、その際、摩擦体として平均表面粗さ（Ｒａ）が１．６μｍ以下であるものを用いると共に、繊維に負荷される張力を該繊維の破断張力の３．０〜６５％の範囲となるようにして、該繊維に付着している前記無機微粉末を除去することを特徴とする熱可塑性合成繊維の製造方法。」により達成できることが見いだされた。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明における熱可塑性合成重合体からなる繊維とは、熱延伸又は熱処理が可能な熱可塑性合成繊維の未延伸糸、部分延伸糸又は延伸糸をいう。本発明においては、このような熱可塑性合成繊維のなかで、単繊維間の融着が発生するような高温で熱延伸及び／又は熱処理される各種合成繊維を対象とするが、その代表的なものとしては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾオキサゾール繊維、高強力ポリエチレン繊維、高強力ポリビニルアルコール繊維、全芳香族ポリエステル繊維等を例示することができる。なかでも、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維は、高強力繊維を得るためには未延伸糸を３００℃以上、好ましくは３５０〜５５０℃の高温に加熱して６倍以上に熱延伸する必要があり、単繊維が軟化し互いに融着して延伸性が悪化しやすいので、本発明が対象とする繊維としては特に好適である。
【００１１】
本発明においては、上述のように熱延伸又は熱処理中に単繊維同士が融着しやすい熱可塑性合成繊維の熱延伸又は熱処理において、まず、繊維に不活性な無機微粉末を塗布し、引続いて該繊維を高温下で熱処理及び／又は熱処理する。このように、無機微粉末を塗布することにより、該熱延伸、熱処理工程での単繊維間の融着現象を抑制することができる。
【００１２】
本発明で使用される不活性な無機微紛末とは、熱延伸、熱処理時の高温下においても化学的に安定でかつ合成繊維に対し酸化等の化学作用を及ぼさない無機物の微粒子である。無機微紛末の大きさは、粒子の小さい方がよく、平均粒径が２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、特に好ましくは５μｍ以下のものが、単繊維の表面に均一に付着しやすくなるので好適である。
【００１３】
本発明で有効に使用できる無機微粉末は数多く存在するが、その中でも、珪酸マクネシウム、グラファイト、タルク、珪酸マグネシウム及びマイカからなる群より選ばれた１種又は２種以上の無機物からなるものが特に好適である。
【００１４】
これらの無機微粉末は、単一成分で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。また、これらの微粉末は水性分散浴中で水和してコロイド状になるものや、単に分散するだけのものもあるが、両者いずれも使用することは可能である。
【００１５】
繊維にこれらの微粉末を塗布する方法としては、あらかじめ微粉末を水等の分散媒に分散させた分散浴を用意し、繊維を分散浴に浸漬させた後乾燥を行う方法が好ましい。なお、無機微粉末の分散を均一に行うために有機又は無機の分散助剤を分散浴中に添加したり、あるいは、糸条の集束性を向上させるために帯電防止剤や増粘剤を併用してもよい。
【００１６】
無機微粉末の繊維に対する付着量は０．５〜３．０重量％、好ましくは１．０〜２．０重量％の範囲が適当である。付着量が０．５重量％未満の場合には、繊維表面に無機微粉末を均一に付着させることが困難となって融着防止効果が低下する傾向にあり、一方、付着量が３．０重量％を超える場合には、単繊維間に多くの無機微粉末が取り込まれるため、後述する工程でこれらを十分に除去することが難しくなる傾向にある。
【００１７】
次に、無機微粉末を付与した後に熱延伸及び／又は熱処理して得られた繊維の表面には、繊維上に付着した無機微粉末の大半は残存しており、その残存量が多い程加工性が低下する。したがって、繊維に付着している無機微粉末はできうる限り除去する必要があるが、高温下で熱延伸及び／又は熱処理されているために繊維が半溶融状態になることもあって、繊維表面の無機微粉末は容易に脱落しない。
【００１８】
このため、本発明においては、熱延伸及び／又は熱処理後に、まず該繊維に水付与処理を施す。水付与処理の具体的な手段としては、例えば繊維を水中に浸漬（水中を走行させることを含む）する方法、水シャワーを吹き付ける方法等が好適である。次いで、水付与処理を施した繊維に摩擦体との接触処理を施すこと、好ましくは繊維を例えば摩擦体に圧接する等して繊維を開繊状態で摩擦体に接触させることが肝要である。この２つの処理を施すことにより、繊維表面に残存する無機微粉末の量を効果的に減少させることができ、残存量を実用上問題とならないレベルの１．０重量％未満にすることができる。
【００１９】
この水付与処理と摩擦体との接触処理は、繊維を一旦巻き取った後に別工程で行ってもよく、あるいは延伸後直ちに連続的に工程内で行っても構わない。なお、水付与処理と摩擦体との接触処理とを複数回繰り返して行うと、無機微粉末除去の効果がさらに向上するので好ましい。
【００２０】
このように、水付与処理と摩擦体接触処理とを併用する本発明によれば、従来無機微粉末量を効果的に減少させることが困難であったフィラメント数が１０００フィラメント以上のマルチフィラメントの場合でも、実用上の問題がないレベルまで減少させることができる。
【００２１】
摩擦体に用いられる材料としては、特に限定する必要はないが、エンジニアセラミック、なかでもアルミナ、ジルコニア、ムライト、窒化ケイ素、炭化ケイ素等が耐摩耗性に優れているので好適である。特に無機微粉末に起因する摩耗劣化による交換抑制の観点から、硬度はビッカース硬度で５００ｋｇ／ｍｍ^２以上、さらには１０００ｋｇ／ｍｍ^２以上であることが望ましい。
【００２２】
また、摩擦体の平均表面粗さ（Ｒａ）は、１．６μｍ以下、特に０．２μｍ以下である必要がある。該平均表面粗さが１．６μｍを超える場合には、高温下で熱延伸及び／又は熱処理された後の繊維と摩擦体との間の摩擦が大きくなるため、毛羽やループの発生が多くなって製品品位を低下させるので好ましくない。
【００２３】
なお、ここでいう平均表面粗さ（Ｒａ）とは、粗さ曲線を中心線に対して絶対値化してその粗さ曲線と中心線からなる面積を測定長さＬで割った値をマイクロメートル（μｍ）で表したものである。
【００２４】
次に、摩擦体との接触処理を施す際には、繊維に負荷される張力（Ｔ）を、該繊維の破断張力の３．０〜６５％、特に７．０〜４０％の範囲に調整する必要がある。該張力が破断張力の３．０％未満の場合には、摩擦による無機微粉末除去効果が低下し、また、走行する熱延伸及び／又は熱処理された後の繊維を十分に開繊することができなくなり、繊維束の中心部に取り込まれた無機微粉末を除去することが困難になるので好ましくない。一方、破断張力の６５．０％を越える場合には、走行する熱延伸及び／又は熱処理された後の繊維に与える摩擦が大きくなり、毛羽やループの発生の原因となって製品品位を低下させるので好ましくない。さらには、摩擦体の磨耗寿命も短くなる。
【００２５】
なお、走行する繊維を摩擦体に十分接触させるために、摩擦体に接近する繊維の走行方向と遠ざかる繊維の走行方向との角度（θ）は２〜９０度の範囲、好ましくは５〜４５度の範囲が適当である。この範囲未満の場合には摩擦体と繊維とが十分な圧力で接触し難くなって無機微粉末の除去効果が低下しやすい。一方、この範囲を超える場合には繊維に負荷される摩擦が大きくなりすぎて毛羽やループが増大しやすい。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例中における各物性値は下記の方法で測定した。
【００２７】
（１）繊度、切断強度、切断伸度、弾性率
ＪＩＳ−Ｌ１０１３に準拠して測定した。
【００２８】
（２）融着度
試料繊維のフィラメント総数（Ｎ）のうち、融着がなく、１本ずつに分離可能なフィラメント数（ｎ）を数え、次式で融着度を求める。この測定を５回行い、平均値をとる。
融着度（％）＝｛（Ｎ−ｎ）／２Ｎ｝×１００
【００２９】
（３）無機微粉末の付着量及び残存量（ＤＰＵ）
予め仕上げオイルを付与しない試料を約３ｇサンプリングする。次いで１２０℃で１時間乾燥した後に重量Ａ（ｇ）を精秤する。次いで、この試料を８００℃の焼却炉中で完全に灰化させ、灰化後の灰分重量Ｂ（ｇ）を測定し、次式で計算する。
付着量（又は残存量）（％）＝｛Ｂ／（Ａ−Ｂ）｝×１００
【００３０】
（４）製品品位
チーズ状に巻き取られた５ｋｇ巻きの製品の表面及び側面を、目視で毛羽、ループを確認し、毛羽とループの数の合計が５ケ以下の場合は○、５ケを超える場合は×とした。
【００３１】
［実施例１〜３、比較例１〜３］
水分率が１００ｐｐｍ以下のＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰという）１１２．９部、パラフェニレンジアミン１．５０６部、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル２．７８９部を常温下で反応容器に入れ、窒素中で溶解した後、攪拌しながらテレフタル酸クロリド５．６５８部を添加した。最終的に８５℃で６０分間反応せしめ、透明の粘稠なポリマー溶液を得た。次いで２２．５重量％の水酸化カルシウムを含有するＮＭＰスラリー９．１７４部を添加し、中和反応を行った。得られたポリマーの対数粘度は３．３３であった。
【００３２】
得られたポリマー溶液を用い、孔径０．３ｍｍ、孔数１０００の紡糸口金からＮＭＰ３０重量％の凝固浴に押し出し湿式紡糸した。紡糸口金面と凝固浴との距離は１０ｍｍとした。紡糸口金から紡出された繊維を水洗し、絞りローラに通して表面付着水を除去し、表１に示すような組成からなる濃度２．０重量％の無機微粉末の水系分散浴に約１秒間浸漬し、次いで絞りローラに通し、無機微粉末液の付着した糸を得た。引き続いて該糸を表面温度が２００℃の乾燥ローラを用いて完全に乾燥させた後、５３０℃で１０倍に熱延伸した。
【００３３】
得られた延伸糸に、シャワー水量１０Ｌ／分で吹き付け、延伸糸を十分に湿潤させた。次いで表２記載の摩擦体と、繊維に負荷される張力が５．０ｃＮ／ｄｔｅｘ（破断張力の約２０％：走行角度θ＝１５度）となるように接触させた。図１に示すように、これらの操作を同一条件でもう一度繰り返した後、仕上油剤を付着量２．０重量％となるように付与して、５００ｍ／分の速度で巻き取った。得られた繊維のフィラメント数は１０００本、繊度は１６７０ｄｔｅｘであった。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
［実施例４〜５、比較例４〜５］
実施例１において、繊維と摩擦体との接触時の張力を表３に記載の通り変更する以外は実施例１と同様の方法により得られた結果を表３に示す（実施例１の結果も併記する）。
【００３７】
【表３】

【００３８】
【発明の効果】
以上に説明した本発明の製造方法によれば、まず、繊維に不活性な無機微粉末を塗布して単繊維表面をこの無機微粉末で被覆することにより、高温下で熱延伸及び／又は熱処理する際の単繊維間での融着発生が抑制され、また、高温下で熱延伸及び／又は熱処理後には、水付与処理と摩擦体との接触処理を組合わせることにより、無機微粉末に起因する製織性、スカム発生等の問題が抑制されると共に、ゴム、樹脂等の各種マトリックスとの接着性が改善されて優れた繊維補強効果が得られる、高品質の熱可塑性合成繊維が得られるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で用いられた一工程の概略図である。
【符号の説明】
１延伸糸
２水シャワーノズル
３摩擦体

Claims

熱可塑性合成重合体からなる繊維に、不活性な無機微粉末を塗布し、該繊維を高温下で熱延伸及び／又は熱処理する合成繊維の製造方法において、熱延伸及び／又は熱処理後に該繊維に水付与処理及び摩擦体との接触処理を施し、その際、摩擦体として平均表面粗さ（Ｒａ）が１．６μｍ以下であるものを用いると共に、繊維に負荷される張力を該繊維の破断張力の３．０〜６５％の範囲となるようにして、該繊維に付着している前記無機微粉末を除去することを特徴とする熱可塑性合成繊維の製造方法。
無機微粉末の平均粒径が２０μｍ以下である請求項１記載の熱可塑性合成繊維の製造方法。
摩擦体の硬度が、ビッカース硬度で５００ｋｇ／ｍｍ^２以上である請求項１記載の熱可塑性合成繊維の製造方法。