JP2006057214A - Polybenzazole fiber - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for industrially readily producing a polybenzazole fiber having a new fiber fine structure in which fiber structure is defect-free and the difference of the fiber structure between inner and outer layers is small. <P>SOLUTION: The inventors eliminate a defective structure such as amorphous which becomes hinderance to thermal vibration propagation of fiber to the utmost and succeed in suppressing unevenness of internal structure of the fiber to a dynamic diameter direction by adding a phosphorus additive for suppressing time gap existing in a skin part and a core part of polybenzazole filament when cooled and coagulated to a polymer dope. As a result, the inventors industrially obtained the polybenzazole fiber having high knot strength. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は産業用資材として好適な繊維構造が動径方向に均質である耐久性に優れたポリベンザゾール繊維に関する。   The present invention relates to a polybenzazole fiber excellent in durability in which a fiber structure suitable as an industrial material is homogeneous in the radial direction.

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ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の2倍以上の強度と弾性率をもち、次世代スーパー繊維として期待されている。   Polybenzazole fiber has a strength and elastic modulus more than twice that of polyparaphenylene terephthalamide fiber, which is a representative super fiber currently on the market, and is expected as a next generation super fiber.

ポリベンザゾール重合体のポリ燐酸溶液から繊維を製造することは公知であり、例えば紡糸条件については特許文献1、特許文献2、水洗乾燥方法については特許文献3、さらに熱処理方法については特許文献4にそれぞれ技術開示がなされている。
米国特許5296185号 米国特許5385702号 国際公開W094/04726号 米国特許5296185号
It is known to produce fibers from a polyphosphoric acid solution of a polybenzazole polymer. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 for spinning conditions, Patent Document 3 for washing and drying methods, and Patent Document 4 for heat treatment methods. The technical disclosures are made respectively.
US Pat. No. 5,296,185 US Pat. No. 5,385,702 International Publication No. W094 / 04726 US Pat. No. 5,296,185

しかし上記従来の製造法によるポリベンザゾール繊維は、米国特許5296185号に記載されたような350℃以上の熱処理をしても布帛等に加工するときに、繊維が割れたりフィブリル化するため、加工機械を運転する上で問題となっている。   However, the polybenzazole fiber produced by the above-mentioned conventional production method breaks or fibrillates when it is processed into a fabric or the like even after heat treatment at 350 ° C. or more as described in US Pat. No. 5,296,185. This is a problem in operating the machine.

そこで本発明者らは、フィブリルかしにくい性質を有するポリベンザゾール繊維を容易に製造する技術を開発すべく鋭意研究した。   Accordingly, the present inventors have intensively studied to develop a technique for easily producing a polybenzazole fiber having a property that hardly causes fibrillation.

繊維の究極物性を実現する手段としては、いわゆるラダーポリマーなどの剛直ポリマーが考えられてきたが、こうした剛直なポリマーは可撓性が無く、有機繊維としてのしなやかさや加工性を持たせるためには、直線上のポリマーであることが必須条件である。   As means for realizing the ultimate physical properties of fibers, rigid polymers such as so-called ladder polymers have been considered, but such rigid polymers are not flexible and in order to have flexibility and processability as organic fibers. It is an essential condition that the polymer is linear.

S.G.WierschkeらがMaterial Research Society Symposium Proceedings Vol. 134, p.313 (1989年)に示したように、直線状のポリマーで最も高い理論弾性率を持つのはシス型のポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールである。この結果は田代らによっても確認され(Macromolecules vol. 24, p.3706(1991年))、ポリベンザゾールのなかでも、シス型のポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールが475GPaの結晶弾性率を持ち(P. GalenらMaterial Research Society Symposium Proceedings Vol. 134, p.329 (1989年))、究極の一次構造を持つと考えられた。従って究極の弾性率を得るためには、ポリマーとしてポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールを素材とするのが理論的な帰結である。   As shown by SGWierschke et al. In Material Research Society Symposium Proceedings Vol. 134, p.313 (1989), the most theoretical linear elastic polymer is cis-type polyparaphenylene benzobisoxazole. is there. This result was also confirmed by Tashiro et al. (Macromolecules vol. 24, p. 3706 (1991)). Among polybenzazoles, cis-type polyparaphenylenebenzobisoxazole has a crystal elastic modulus of 475 GPa (P Galen et al. Material Research Society Symposium Proceedings Vol. 134, p.329 (1989)), thought to have the ultimate primary structure. Therefore, in order to obtain the ultimate elastic modulus, the theoretical consequence is to use polyparaphenylene benzobisoxazole as a polymer.

該ポリマーの繊維化は米国特許5296185号、米国特許5385702号に記載された方法で行われ、熱処理方法は米国特許5296185号に提案がなされている方法で行わるが、かかる方法で得られるヤーンの結節強度は高々1.5GPaである。従ってこれらの方法の改良について研究の必要性を痛感し鋭意研究の結果、次に示す方法により所期の物性を工業的に容易に達成出来ることを見いだした。   The fiberization of the polymer is performed by the method described in US Pat. No. 5,296,185 and US Pat. No. 5,385,702, and the heat treatment is performed by the method proposed in US Pat. No. 5,296,185. The nodule strength is at most 1.5 GPa. Therefore, the improvement of these methods was felt and the result of diligent research found that the desired physical properties could be easily achieved industrially by the following methods.

OhtaがPolymer Engineering and Science, 23, p697 (1983) 中で示したように、繊維中にはボイドや結晶配向の乱れ、分子末端や非晶部分の存在などいわゆる欠陥構造が存在する。さらには、PBO繊維は凝固過程を通して作成されるため、ドープフィラメントの冷却凝固時にフィラメントのスキン部とコア部でタイムギャップが存在するため、構造の内外層差が現れる傾向にある。特に、このスキンーコア構造の存在は、繊維を曲げ方向に変形させたとき繊維の内部歪みとして現れ、われやフィブリル化の原因となると推察される。結果として結節強度の低下として現れる。   As Ohta showed in Polymer Engineering and Science, 23, p697 (1983), there are so-called defect structures in the fiber such as voids, disordered crystal orientation, existence of molecular ends and amorphous parts. Furthermore, since the PBO fiber is produced through a solidification process, a time gap exists between the skin portion and the core portion of the filament when the dope filament is cooled and solidified, and therefore, there is a tendency that a difference between the inner and outer layers of the structure appears. In particular, the presence of this skin core structure is presumed to appear as internal strain of the fiber when the fiber is deformed in the bending direction, causing cracks and fibrillation. As a result, it appears as a decrease in nodule strength.

ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)とポリ燐酸からなるドープを紡糸口金から紡出する。これ以後凝固、中和、水洗、乾燥、張力下の熱処理を経て製造される。熱伝導率を高めるためには、繊維の熱振動伝幡の妨げとなるアモルファスなどの欠陥構造を極力排除する事が必須である。今回、この目的のためにポリベンザゾール繊維内部構造を動径方向に構造不均一の抑制に成功し且つ結節強度の高いポリベンザゾール繊維を工業的に得た。   A dope composed of polyparaphenylene benzobisoxazole (PBO) and polyphosphoric acid is spun from a spinneret. Thereafter, it is produced through solidification, neutralization, washing with water, drying, and heat treatment under tension. In order to increase the thermal conductivity, it is essential to eliminate as much as possible the defect structure such as amorphous, which hinders the thermal vibration transmission of the fiber. This time, for this purpose, polybenzazole fiber having a high knot strength was obtained industrially by succeeding in suppressing the nonuniform structure of the inner structure of the polybenzazole fiber in the radial direction.

本発明は、これまで得られなかった繊維構造が欠陥フリーであり、繊維構造が内外層で差が小さいという新規な繊維微細構造をもつポリベンザゾール繊維を工業的に容易に製造することができ、実用強度の高い繊維が得られるため産業用資材として利用分野を拡大する効果が絶大である。   According to the present invention, a polybenzazole fiber having a novel fiber microstructure in which a fiber structure that has not been obtained so far is defect-free and the difference between the inner and outer layers of the fiber structure is small can be easily produced industrially. Since fibers with high practical strength can be obtained, the effect of expanding the field of use as industrial materials is enormous.

上記の構造的特徴を発現せしめるため、本発明のポイントは以下に示す手法により実現できる。即ち、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールからなるポリマーのドープを紡糸口金から非凝固性の気体中に押し出して得られた紡出糸を凝固浴中に導入してドープ糸条が含有する燐酸を抽出した後、中和、水洗、乾燥、熱処理を行うが、繊維を一定張力下に500℃以上で熱処理する事で繊維表面が緻密化したポリベンザゾールを得ることを見いだした。   In order to express the structural features described above, the points of the present invention can be realized by the following method. That is, a spun yarn obtained by extruding a polymer dope composed of polyparaphenylene benzobisoxazole from a spinneret into a non-solidifying gas was introduced into a coagulation bath to extract phosphoric acid contained in the dope yarn. Thereafter, neutralization, washing with water, drying and heat treatment were carried out. It was found that the fiber surface was heat-treated at a temperature of 500 ° C. or higher under a constant tension to obtain a polybenzazole having a dense fiber surface.

以下、更に本発明を詳述する。本発明におけるポリベンザゾール繊維とは、PBOホモポリマー、及び実質的に85%以上のPBO成分を含みポリベンザゾール(PBZ)類とのランダム、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。ここでポリベンザゾール(PBZ)ポリマーは、例えばWolf等の「Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products」米国特許第4703103号(1987年10月27日)、「Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products」米国特許第4533692号(1985年8月6日)、「Liquid Crystalline Poly(2,6-Benzothiazole) Compositions, Process and Products」米国特許第4533724号(1985年8月6日)、「Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products」米国特許第4533693号(1985年8月6日)、Eversの「Thermooxidative-ly Stable Articulated p-Benzobisoxazole and p-Benzobisoxazole Polymers」米国特許第4539567号(1982年11月16日)、Tsaiらの「Method for making Heterocyclic Block Copolymer」米国特許第4578432号(1986年3月25日)、等に記載されている。   The present invention will be further described in detail below. The polybenzazole fiber in the present invention refers to a PBO homopolymer, and a random, sequential or block copolymer with polybenzazole (PBZ) containing substantially 85% or more of a PBO component. Here, polybenzazole (PBZ) polymer is, for example, Wolf et al., “Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products” US Pat. No. 4,703,103 (October 27, 1987), “Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products” US Patent No. 4536992 (August 6, 1985), “Liquid Crystalline Poly (2,6-Benzothiazole) Compositions, Process and Products” US Pat. No. 4,533,724 (August 6, 1985), “Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products, US Pat. No. 4,453,393 (August 6, 1985), Evers “Thermooxidative-ly Stable Articulated p-Benzobisoxazole and p-Benzobisoxazole Polymers”, US Pat. No. 4,539,567 (November 16, 1982), Tsai “Method for making Heterocyclic Block Copolymer”, US Pat. No. 4578432 (March 25, 1986), and the like.

PBZ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成り、更に好ましくは、本質的に構造式(a)〜(c)から選択されたモノマー単位から成る。   The structural unit contained in the PBZ polymer is preferably selected from lyotropic liquid crystal polymers. The monomer units consist of monomer units described in structural formulas (a) to (h), and more preferably consist essentially of monomer units selected from structural formulas (a) to (c).

Figure 2006057214
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Figure 2006057214
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実質的にPBOから成るポリマーのドープを形成するための好適溶媒としては、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、ポリ燐酸、メタンスルフォン酸及び高濃度の硫酸或いはそれ等の混合物があげられる。更に適する溶媒は、ポリ燐酸及びメタンスルフォン酸である。また最も適する溶媒は、ポリ燐酸である。   Suitable solvents for forming a polymer dope consisting essentially of PBO include cresol and a non-oxidizing acid capable of dissolving the polymer. Examples of suitable acid solvents include polyphosphoric acid, methane sulfonic acid and high concentrations of sulfuric acid or mixtures thereof. Further suitable solvents are polyphosphoric acid and methanesulfonic acid. The most suitable solvent is polyphosphoric acid.

溶媒中のポリマー濃度は好ましくは少なくとも約7重量%であり、更に好ましくは少なくとも10重量%、最も好ましくは14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り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20重量%を越えることはない。   The polymer concentration in the solvent is preferably at least about 7% by weight, more preferably at least 10% by weight, and most preferably 14% by weight. The maximum concentration is limited by practical handling properties such as polymer solubility and dope viscosity. Due to their limiting factors, the polymer concentration does not exceed 20% by weight.

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)、Sybert等の米国特許第4772678号(1988年9月20日)、Harrisの米国特許第4847350号(1989年7月11日)に記載される方法で合成される。実質的にPBOから成るポリマーはGregory等の米国特許第5089591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。   Suitable polymers, copolymers or dopes are synthesized by known techniques. For example, Wolfe et al., U.S. Pat. No. 4,453,393 (August 6, 1985), Sybert et al., U.S. Pat. No. 4,772,678 (September 20, 1988), Harris, U.S. Pat. No. 4,847,350 (July 11, 1989). It is synthesized by the method described in 1. A polymer consisting essentially of PBO, according to Gregory et al., US Pat. No. 5,089,591 (February 18, 1992), has a high reaction rate at high reaction rates under relatively high temperature and high shear conditions in a dehydrating acid solvent. Molecular weight is possible.

この様にして重合されるドープは紡糸部に供給され、紡糸口金から通常100℃以上の温度で吐出される。口金細孔の配列は通常円周状、格子状に複数個配列されるが、その他の配列であっても良い。口金細孔数は特に限定されないが、紡糸口金面における紡糸細孔の配列は、吐出糸条間の融着などが発生しないような孔密度を保つ必要がある。   The dope polymerized in this way is supplied to the spinning section and discharged from the spinneret at a temperature of usually 100 ° C. or higher. A plurality of base pores are usually arranged in a circumferential shape or a lattice shape, but other arrangements may be used. The number of nozzle holes is not particularly limited, but the arrangement of the spinning holes on the spinneret surface needs to maintain a hole density that does not cause fusion between discharged yarns.

紡出糸条は十分な延伸比(SDR)を得るため、米国特許第5296185号に記載されたように十分な長さのドローゾーン長が必要で、かつ比較的高温度(ドープの固化温度以上で紡糸温度以下)の整流された冷却風で均一に冷却されることが望ましい。ドローゾーンの長さ(L)は非凝固性の気体中で固化が完了する長さが必要であり大雑把には単孔吐出量(Q)によって決定される。良好な繊維物性を得るにはドローゾーンの取り出し応力がポリマー換算で(ポリマーのみに応力がかかるとして)2g/d以上が必要である。   In order to obtain a sufficient draw ratio (SDR), the spun yarn needs a sufficiently long draw zone length as described in US Pat. No. 5,296,185, and has a relatively high temperature (above the solidification temperature of the dope). It is desirable that the air is uniformly cooled with a rectified cooling air having a temperature equal to or lower than the spinning temperature. The length (L) of the draw zone needs to be a length that completes solidification in a non-solidifying gas, and is roughly determined by the single-hole discharge amount (Q). In order to obtain good fiber properties, the take-out stress of the draw zone needs to be 2 g / d or more in terms of polymer (assuming that only the polymer is stressed).

ドローゾーンで延伸された糸条は次に抽出(凝固)浴に導かれる。紡糸張力が高いため、抽出浴の乱れなどに対する配慮は必要でなく如何なる形式の抽出浴でも良い。例えばファンネル型、水槽型、アスピレータ型あるいは滝型などが使用出来る。抽出液は燐酸水溶液や水が望ましい。最終的に抽出浴において糸条が含有する燐酸を99.0%以上、好ましくは99.5%以上抽出する。本発明における抽出媒体として用いられる液体に特に限定はないが好ましくはポリベンザゾールに対して実質的に相溶性を有しない水、メタノール、エタノール、アセトン、エチレングリコール等である。また抽出(凝固)浴を多段に分離し燐酸水溶液の濃度を順次薄くし最終的に水で水洗しても良い。さらに該繊維束を水酸化ナトリウム水溶液などで中和し、水洗することが望ましい。   The yarn drawn in the draw zone is then led to an extraction (coagulation) bath. Since the spinning tension is high, it is not necessary to consider the disturbance of the extraction bath, and any type of extraction bath may be used. For example, funnel type, water tank type, aspirator type or waterfall type can be used. The extract is preferably an aqueous phosphoric acid solution or water. Finally, 99.0% or more, preferably 99.5% or more of the phosphoric acid contained in the yarn is extracted in the extraction bath. There are no particular limitations on the liquid used as the extraction medium in the present invention, but water, methanol, ethanol, acetone, ethylene glycol, and the like that are substantially incompatible with polybenzazole are preferred. Further, the extraction (coagulation) bath may be separated into multiple stages, the concentration of the phosphoric acid aqueous solution is gradually reduced, and finally washed with water. Further, the fiber bundle is desirably neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution and washed with water.

繊維構造から内外層の構造差を取り除くためには、繊維の場所に寄らずほぼ同時に凝固に伴う構造形成を実行せしめる必要がある。しかしながらポリベンザゾールは相対的に疎水性であるため、水やエタノールなどの極性溶媒で凝固せしめると、不均一に構造形成が進む問題がある。そのため繊維内部の部位によって、結晶サイズや配向が揃わず、不均一になることが鋭意検討の結果判明した。この不均一構造は、繊維を変形させたとき応力集中の原因となり、さらには構造破壊の起点となり得るため、結節強度の低下を招いていた。   In order to remove the structural difference between the inner and outer layers from the fiber structure, it is necessary to execute structure formation accompanying solidification almost simultaneously, regardless of the location of the fiber. However, since polybenzazole is relatively hydrophobic, there is a problem that structure formation proceeds non-uniformly when solidified with a polar solvent such as water or ethanol. As a result of intensive studies, it has been found that the crystal size and orientation are not uniform and non-uniform depending on the site inside the fiber. This non-uniform structure causes stress concentration when the fiber is deformed, and can also be a starting point of structural fracture, leading to a decrease in knot strength.

そこで発明者らは、重合上がりのドープ溶液に再度五酸化二リンを混合することで上述した凝固タイミングのずれに因る構造不均一の抑制に成功したのである。この効果のメカニズムについては明らかではないが、発明者らは次のように考えている、即ち、一般に五酸化二リンは乾燥剤として使われる。凝固のとき、五酸化二リンを加えることで、ドープ糸の中で親水化剤として働くため、凝固剤が繊維の中心にまで速やかに浸透するため、繊維の部位間での構造不均一の発生を抑えることが出来るものと発明者らは推察している。   Therefore, the inventors succeeded in suppressing the heterogeneity of the structure due to the above-described deviation in coagulation timing by mixing diphosphorus pentoxide again in the dope solution after polymerization. Although the mechanism of this effect is not clear, the inventors consider as follows: diphosphorus pentoxide is generally used as a desiccant. By adding diphosphorus pentoxide during coagulation, it acts as a hydrophilizing agent in the dope yarn, so that the coagulant quickly penetrates to the center of the fiber, resulting in structural heterogeneity between the fiber parts The inventors speculate that this can be suppressed.

添加する五酸化二リンの量はドープ受領に対して重量比で好ましくは5%以上30%以下、さらに好ましくは10%以上25%以下、最も好ましくは15%以上20%未満である。あまり添加量を多くしすぎると繊維の力学物性があがらず好ましくない。添加量が少ないと、初期の構造を発現しない。   The amount of diphosphorus pentoxide to be added is preferably 5% or more and 30% or less, more preferably 10% or more and 25% or less, and most preferably 15% or more and less than 20% by weight with respect to the dope receipt. If the amount added is too large, the mechanical properties of the fiber are not improved, which is not preferable. If the amount added is small, the initial structure is not expressed.

[結晶サイズ及び配向の評価方法]
結晶サイズおよび配向評価はX線回折法を用いて測定した。X線ソースとしては大型放射光施設SPring8をX線原とし、BL24XUハッチを使用した。使用するX線のエネルギーは10keV(λ=1.2398Å)である。アンジュレーターを通して取り出したX線はモノクロメーター(シリコン結晶の(111)面)を通して単色化したのち、位相ゾーンプレートを用いてサンプル位置で収束するようにセットした。焦点の大きさは、縦横とも径が3μm以下になるように調整する。サンプル繊維はXYZステージに繊維軸が水平になるようにのせる。別に取り付けたトムソン散乱検出器を用いて検出しながらステージを微動せしめトムソン散乱強度を測定し、強度が最大になった点を繊維の中心と判定した。X線強度は非常に強いため、サンプルの露光時間が長すぎるとサンプルにダメージが入る。そこでX線回折測定時の露光時間は5分とした。X線回折図形はフジ製イメージングプレートを用いて記録した。データの読み出しはフジ製ミクロルミノグラフィーを用いて実施した。記録された画像データはパソコンに転送して、赤道方向および方位角方向のデータを切り出した後線幅を評価した。赤道方向の回折プロファイルの半値幅βから結晶サイズ(ACS)は次式に示すシェラーの式[式1]を用いて算出した。測定は、繊維一本の内、動径方向へランダムに動かして10ヶ所について測定し、標準偏差,平均値を求め、CV%=(標準偏差/平均値)×100の式に基づき計算した。
[Evaluation method of crystal size and orientation]
Crystal size and orientation evaluation were measured using an X-ray diffraction method. As an X-ray source, a large synchrotron radiation facility SPring8 was used as an X-ray source, and a BL24XU hatch was used. The energy of the X-ray used is 10 keV (λ = 1.398Å). The X-rays taken out through the undulator were monochromatized through a monochromator (silicon crystal (111) plane) and then set to converge at the sample position using a phase zone plate. The size of the focal point is adjusted so that the diameter is 3 μm or less both vertically and horizontally. The sample fiber is placed on the XYZ stage so that the fiber axis is horizontal. The Thomson scattering intensity was measured by finely moving the stage while detecting using a separately installed Thomson scattering detector, and the point where the intensity reached the maximum was determined as the center of the fiber. Since the X-ray intensity is very high, the sample is damaged if the exposure time of the sample is too long. Therefore, the exposure time during X-ray diffraction measurement was 5 minutes. X-ray diffraction patterns were recorded using a Fuji imaging plate. Data reading was performed using Fuji microluminography. The recorded image data was transferred to a personal computer, and the line width was evaluated after cutting out data in the equator direction and the azimuth direction. The crystal size (ACS) was calculated from the half-value width β of the diffraction profile in the equator direction using the Scherrer equation [Equation 1] shown below. The measurement was carried out at random in the radial direction of one fiber and measured at 10 locations to obtain standard deviation and average value, and calculated based on the formula CV% = (standard deviation / average value) × 100.

[式1] ACS=0.9λ/βcosθ
ここでλは使用したX線の波長、2θは回折角である。
[Formula 1] ACS = 0.9λ / βcos θ
Here, λ is the wavelength of the X-ray used, and 2θ is the diffraction angle.

配向角OAは方位角方向に走査して求めたプロファイルの半値幅をとった。結晶サイズの内外層比は繊維の再表層(スキン部)にX線を集光させて評価したACSを繊維の中心部に集光させて測ったOAの値で除して求めた。配向角の内外層比は繊維の再表層(スキン部)にX線を集光させて評価したOAを繊維の中心部に集光させて測ったACSの値で除して求めた。測定は、繊維一本の内、動径方向へランダムに動かして10ヶ所について測定し、標準偏差,平均値を求め、CV%=(標準偏差/平均値)×100の式に基づき計算した。   The orientation angle OA was the half width of the profile obtained by scanning in the azimuth direction. The inner / outer layer ratio of the crystal size was obtained by dividing the ACS evaluated by condensing X-rays on the resurface layer (skin portion) of the fiber and dividing it by the value of OA measured by condensing it at the center of the fiber. The inner / outer layer ratio of the orientation angle was obtained by dividing the OA evaluated by condensing X-rays on the resurface layer (skin portion) of the fiber and dividing it by the ACS value measured by condensing the central portion of the fiber. The measurement was carried out at random in the radial direction of one fiber, measured at 10 locations, standard deviation and average value were obtained, and calculated based on the formula CV% = (standard deviation / average value) × 100.

[結節強度の測定方法]
結節強度は下記に述べる結節強度保持率を評価して判定した。
(単繊維の結節強度保持率)
フィラメント(単繊維)の強度、弾性率は、測定対象の1本のマルチフィラメントから無作為に10本の単糸(フィラメント)を抜き取りサンプルとした。フィラメントの構成本数が、10本に満たない場合は、すべての単糸(フィラメント)を測定対象とした。
測定は、単繊維約2mを各々取り出し、該繊維1mを使用し重さを測定し10000mに換算して繊度(dTex)とした。この単糸繊維1mの長さの測定時、単糸繊度の約1/10の荷重を掛けて定長のサンプルを作成した。さらに該繊維の残りの部分を使用して、単繊維の真ん中に結び目を作成した後、繊維の強度と同じ方法で引っ張り試験を実施した。この時、結び目の作り方は、JIS L1013に記載されている図3に準じて行った。尚結び目の方向は常に同じとし、図3のbとした。
結節強度保持率=単糸結節強度の平均値/単糸強度の平均値 × 100
[Method of measuring nodule strength]
The nodule strength was determined by evaluating the nodule strength retention rate described below.
(Nodule strength retention rate of single fiber)
As for the strength and elastic modulus of the filament (single fiber), ten single yarns (filaments) were randomly extracted from one multifilament to be measured. When the number of filaments was less than 10, all single yarns (filaments) were measured.
In the measurement, about 2 m of each single fiber was taken out, 1 m of the fiber was used, the weight was measured, and the fineness (dTex) was converted into 10,000 m. When measuring the length of this single yarn fiber 1 m, a constant length sample was prepared by applying a load of about 1/10 of the single yarn fineness. Further, the remaining part of the fiber was used to make a knot in the middle of a single fiber, and then a tensile test was performed in the same manner as the strength of the fiber. At this time, how to make a knot was performed according to FIG. 3 described in JIS L1013. The direction of the knot is always the same, and is b in FIG.
Knot strength retention ratio = average value of single yarn knot strength / average value of single yarn strength × 100

次の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention in detail but are not to be construed to limit the scope thereof.

[実施例1−4、比較例1―2]
米国特許第4533693号に示される方法によって得られた、30℃のメタンスルホン酸溶液で測定した固有粘度が24.4dL/gのポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール14.0(重量)%と五酸化リン含有率83.17%のポリ燐酸から成る紡糸ドープを紡糸に用いた。このとき、重合上がりのドープに五酸化二リンを所定の分量添加した後均一混合せしめた。その後ドープは金属網状の濾材を通過させ、次いで2軸から成る混練り装置で混練りと脱泡を行った後、昇圧させ、重合体溶液温度を170℃に保ち、孔数166を有する紡糸口金から170℃で紡出し、湿度を調整した温度60℃の冷却窒素風を用いて吐出糸条を冷却した後、さらに自然冷却で40℃まで吐出糸条を冷却した後、凝固浴(30℃に調整した30%リン酸水溶液)中に導入し、繊維を作成した。次に繊維をゴゼットロールに巻き付け一定速度を与えて第2の抽出浴中でイオン交換水で糸条を洗浄した後、0.1規定の水酸化ナトリウム溶液中に浸漬し中和処理を施した。更に水洗浴で水洗した後、巻き取り、80℃の乾燥オーブン中で乾燥し繊維中に含まれる水分率が2%以下になるまで放置した。結果を表1に示す。
[Example 1-4, Comparative example 1-2]
Obtained by the method shown in US Pat. No. 4,453,393, 14.0% by weight of polyparaphenylenebenzobisoxazole having an intrinsic viscosity of 24.4 dL / g measured with a methanesulfonic acid solution at 30 ° C. and a phosphorus pentoxide content of 83.17 A spinning dope consisting of% polyphosphoric acid was used for spinning. At this time, a predetermined amount of diphosphorus pentoxide was added to the dope after polymerization, and then mixed uniformly. Thereafter, the dope is passed through a metal mesh-like filter medium, and then kneaded and defoamed with a biaxial kneading apparatus, and then the pressure is increased to keep the polymer solution temperature at 170 ° C., and a spinneret having a pore number of 166 And then cooling the discharged yarn using a cooling nitrogen air whose temperature is adjusted to 60 ° C. and further cooling the discharged yarn to 40 ° C. by natural cooling. It was introduced into a prepared 30% aqueous phosphoric acid solution to prepare a fiber. Next, the fiber was wound around a gosset roll, the yarn was washed with ion-exchanged water in a second extraction bath at a constant speed, and then immersed in 0.1N sodium hydroxide solution for neutralization. Further, after washing with water in a water bath, it was wound up, dried in a drying oven at 80 ° C., and allowed to stand until the moisture content in the fiber was 2% or less. The results are shown in Table 1.

[比較例3]
米国特許第4533693号に示される方法によって得られた、30℃のメタンスルホン酸溶液で測定した固有粘度が24.4dL/gのポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール14.0(重量)%と五酸化リン含有率83.17%のポリ燐酸から成る紡糸ドープを紡糸に用いた。このとき、重合寸前のドープに五酸化二リンを再度所定の分量添加した後均一混合せしめたのち重合せしめた。その後ドープは金属網状の濾材を通過させ、次いで2軸から成る混練り装置で混練りと脱泡を行った後、昇圧させ、重合体溶液温度を170℃に保ち、孔数166を有する紡糸口金から170℃で紡出し、湿度を調整した温度60℃の冷却窒素風を用いて吐出糸条を冷却した後、さらに自然冷却で40℃まで吐出糸条を冷却した後、凝固浴(30℃に調整した30%リン酸水溶液)中に導入し、繊維を作成した。次に繊維をゴゼットロールに巻き付け一定速度を与えて第2の抽出浴中でイオン交換水で糸条を洗浄した後、0.1規定の水酸化ナトリウム溶液中に浸漬し中和処理を施した。更に水洗浴で水洗した後、巻き取り、80℃の乾燥オーブン中で乾燥し繊維中に含まれる水分率が2%以下になるまで放置した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
Obtained by the method shown in US Pat. No. 4,453,393, 14.0% by weight of polyparaphenylenebenzobisoxazole having an intrinsic viscosity of 24.4 dL / g measured with a methanesulfonic acid solution at 30 ° C. and a phosphorus pentoxide content of 83.17 A spinning dope consisting of% polyphosphoric acid was used for spinning. At this time, diphosphorus pentoxide was added again to the dope just before the polymerization, and the mixture was uniformly mixed and then polymerized. Thereafter, the dope is passed through a metal mesh-like filter medium, and then kneaded and defoamed with a biaxial kneading apparatus, and then the pressure is increased to keep the polymer solution temperature at 170 ° C., and a spinneret having a pore number of 166 And then cooling the discharged yarn using a cooling nitrogen air whose temperature is adjusted to 60 ° C. and further cooling the discharged yarn to 40 ° C. by natural cooling. It was introduced into a prepared 30% aqueous phosphoric acid solution to prepare a fiber. Next, the fiber was wound around a gosset roll, the yarn was washed with ion-exchanged water in a second extraction bath at a constant speed, and then immersed in 0.1N sodium hydroxide solution for neutralization. Further, after washing with water in a water bath, it was wound up, dried in a drying oven at 80 ° C., and allowed to stand until the moisture content in the fiber was 2% or less. The results are shown in Table 1.

Figure 2006057214
Figure 2006057214

上記表1より本発明の繊維は従来の繊維に比べて平衡水分率の著しい低下が認められ、物性上、極めて優れていることが理解される。同時に、スキン−コアに関する欠陥構造の非常に少ない微細構造を有することも認められる。   From Table 1 above, it can be seen that the fiber of the present invention has a markedly lower equilibrium moisture content than the conventional fiber, and is extremely superior in physical properties. At the same time, it is recognized that it has a microstructure with very little defect structure on the skin-core.

本発明は、以上述べたようにこれまで得られなかった繊維構造が欠陥フリーであるという特異な繊維微細構造をもつポリベンザゾール繊維を工業的に容易に製造することができるため、産業用資材として実用性を高め利用分野を拡大する効果が絶大である。即ち、シリコンチップを実装するための高密度高性能回路基板用途はもとより、ケーブル、電線や光ファイバー等のテンションメンバー、ロープ、等の緊張材、ロケットインシュレーション、ロケットケイシング、圧力容器、宇宙服の紐、惑星探査気球、等の航空、宇宙資材、耐弾材等の耐衝撃用部材、手袋等の耐切創用部材、消防服、耐熱フェルト、プラント用ガスケット、耐熱織物、各種シーリング、耐熱クッション、フィルター、等の耐熱耐炎部材、ベルト、タイヤ、靴底、ロープ、ホース、等のゴム補強剤、釣り糸、釣竿、テニスラケット、卓球ラケット、バトミントンラケット、ゴルフシャフト、クラブヘッド、ガット、弦、セイルクロス、ランニングシューズ、マラソンシューズ、スパイクシューズ、スケートシューズ、バスケットボールシューズ、バレーボールシューズ、等の運動靴、競技(走)用自転車及びその車輪、ロードレーサー、ピストレーサー、マウンテンバイク、コンポジットホイール、ディスクホイール、テンションディスク、スポーク、ブレーキワイヤー、変速機ワイヤー、競技(走)用車椅子及びその車輪、プロテクター、レーシングスーツ、スキー、ストック、ヘルメット、落下傘等のスポーツ関係資材、アバンスベルト、クラッチファーシング等の耐摩擦材、各種建築材料用補強剤及びその他ライダースーツ、スピーカーコーン、軽量乳母車、軽量車椅子、軽量介護用ベッド、救命ボート、ライフジャケット、等広範にわたる用途に使用出来る。   As described above, the present invention can industrially easily produce polybenzazole fiber having a unique fiber microstructure in which a fiber structure that has not been obtained so far is defect-free. As a result, the effect of increasing practicality and expanding the field of use is enormous. In other words, not only for high-density and high-performance circuit boards for mounting silicon chips, but also for tension members such as cables, electric wires and optical fibers, ropes, etc., rocket insulation, rocket casing, pressure vessels, space suits Aviation such as strings, planetary exploration balloons, impact materials such as space materials, bulletproof materials, cut resistant materials such as gloves, fire clothes, heat felt, plant gaskets, heat resistant fabrics, various seals, heat cushions, Heat-resistant flame-resistant members such as filters, rubber reinforcements such as belts, tires, shoe soles, ropes, hoses, fishing lines, fishing rods, tennis rackets, table tennis rackets, badminton rackets, golf shafts, club heads, guts, strings, sail cloths , Running shoes, marathon shoes, spike shoes, skate shoes, basketball Sports shoes such as golf balls, volleyball shoes, bicycles for competition (running) and its wheels, road racers, pis racers, mountain bikes, composite wheels, disc wheels, tension discs, spokes, brake wires, transmission wires, competition (running) ) Wheelchairs and their wheels, protectors, racing suits, sports materials such as skis, stocks, helmets, parachutes, friction materials such as avant belts, clutch facings, various building material reinforcements and other rider suits, speaker cones , Lightweight baby carriages, lightweight wheelchairs, lightweight nursing beds, lifeboats, life jackets, etc.

Claims (4)

シングルフィラメントの動径方向について、直径3μm以下に成形したX線ビームを用いて測定したとき、結晶サイズのCV%が20%以下であることを特徴とするポリベンザゾ―ル繊維。 A polybenzazole fiber characterized in that the CV% of the crystal size is 20% or less when measured using an X-ray beam formed to have a diameter of 3 μm or less in the radial direction of the single filament. シングルフィラメントの動径方向について、直径3μm以下に成形したX線ビームを用いて測定したとき、配向角のCV%が10%以下であることを特徴とする請求項1に記載のポリベンザゾ―ル繊維。 2. The polybenzazole fiber according to claim 1, wherein the CV% of the orientation angle is 10% or less when measured using an X-ray beam formed to have a diameter of 3 μm or less in the radial direction of the single filament. . 直径3μm以下に成形したX線ビームを用いて測定したとき、結晶サイズが3nm以上15nm以下である請求項2に記載のポリベンザゾール繊維。 The polybenzazole fiber according to claim 2, which has a crystal size of 3 nm or more and 15 nm or less when measured using an X-ray beam formed to have a diameter of 3 µm or less. 直径3μm以下に成形したX線ビームを用いて測定したとき、配向角が1°以上9°以下である請求項3に記載のポリベンザゾール繊維。 The polybenzazole fiber according to claim 3, wherein the orientation angle is 1 ° or more and 9 ° or less when measured using an X-ray beam formed to have a diameter of 3 µm or less.
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