JP2006207965A - Cloth for bulletproof clothing - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To inexpensively provide an inexpensive cloth for bulletproof clothing having a high mechanical property (a toughness factor), superior process stability in a manufacturing process, and superior bulletproof performance. <P>SOLUTION: The cloth is composed of all aromatic polyamide filaments containing carbon nanotubes, and 0.5-5wt.% carbon nanotubes with respect to overall weight of the all aromatic polyamide filaments is contained in the all aromatic polyamide filaments. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、防弾衣料用布帛に関するものであり、より詳しくは、カーボンナノチューブを含む全芳香族ポリアミドフィラメントから構成される防弾衣料用布帛に関するものである。   The present invention relates to a bulletproof clothing fabric, and more particularly to a bulletproof clothing fabric composed of wholly aromatic polyamide filaments containing carbon nanotubes.

近年、ポリマーの高付加価値化、高性能化に対して高い関心が寄せられている。そのための手段の一つとして、充填剤、すなわちフィラーをポリマーに分散混合させた複合材料の開発が盛んに行なわれている。   In recent years, there has been a great interest in increasing the added value and performance of polymers. As one means for that purpose, development of a composite material in which a filler, that is, a filler is dispersed and mixed in a polymer has been actively conducted.

これまで、ポリマーの機械的特性や耐熱性を向上させる目的で、繊維状、針状のフィラーが用いられており、引張強度、弾性率、曲げ強度、熱寸法安定性、クリープ特性の向上、反りの改善、耐摩耗性、表面硬度、耐熱性、耐行撃性といった諸物性が向上することが知られている。   Up to now, fibrous and acicular fillers have been used for the purpose of improving the mechanical properties and heat resistance of polymers. Tensile strength, elastic modulus, bending strength, thermal dimensional stability, improved creep properties, warpage It is known that various physical properties such as improvement of wear, wear resistance, surface hardness, heat resistance, and marching resistance are improved.

例えば、特開2003−119622号公報(特許文献1)には、カーボンナノチューブを5重量%以上含有させ、その圧縮強度を向上させたポリベンザゾール繊維が開示されており、該繊維が布帛状の防弾衣料などの用途に使用できることも記載されている。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-119622 (Patent Document 1) discloses a polybenzazole fiber containing 5% by weight or more of carbon nanotubes and improving its compressive strength, and the fiber is in the form of a fabric. It is also described that it can be used for purposes such as bulletproof clothing.

しかしながら、布帛状の耐弾材料の場合、ただ単に構成繊維の圧縮強度を向上させただけでは、布帛としての衝撃吸収力がむしろ低下することがあり、また、一般にフィラーを含有するポリマー材料は、伸度が低下する欠点もあるため、高強度、高弾性を示すフィラーまたはポリマーを用いても、必ずしも防弾性能に優れた布帛を得ることができるとはかぎらないという問題があった。   However, in the case of a cloth-like ballistic resistant material, simply improving the compressive strength of the constituent fibers may lower the impact-absorbing ability of the fabric, and the polymer material generally containing a filler Since there is a defect that the elongation is lowered, there is a problem that even if a filler or polymer exhibiting high strength and high elasticity is used, it is not always possible to obtain a fabric excellent in bulletproof performance.

さらに、ポリベンザゾール繊維は非常に高価であり、その結果、該繊維よりなる防弾材料も極めて高価なものになってしまうという問題があり、安価で、しかも防弾性能に優れた防弾材料の登場が切望されてきた。
特開2003−119622号公報
Furthermore, polybenzazole fiber is very expensive, and as a result, there is a problem that the bulletproof material made of the fiber becomes extremely expensive, and the appearance of a bulletproof material that is inexpensive and excellent in bulletproof performance has appeared. It has been longing for.
JP 2003-119622 A

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、高い機械的物性(靭性因子)を有し、製造工程における工程安定性に優れると共に、安価で、しかも防弾性能に優れた防弾衣料用布帛を提供することにある。   The present invention has been made against the background of the above-described prior art, and its purpose is to have high mechanical properties (toughness factor), excellent process stability in the manufacturing process, low cost, and excellent bulletproof performance. The object is to provide a fabric for bulletproof clothing.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、カーボンナノチューブを含む全芳香族ポリアミドフィラメントから布帛を構成させるとき、優れた防弾性能(靭性因子)を有する布帛が得られることを究明し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention can obtain a fabric having excellent ballistic performance (toughness factor) when the fabric is composed of wholly aromatic polyamide filaments containing carbon nanotubes. And the present invention was reached.

すなわち、本発明によれば、カーボンナノチューブを含む全芳香族ポリアミドフィラメントから構成される布帛であって、該全芳香族ポリアミドフィラメントには、カーボンナノチューブが全芳香族ポリアミドフィラメントの全重量に対して0.5〜5重量%含有されていることを特徴とする防弾衣料用布帛が提供される。   That is, according to the present invention, a fabric composed of wholly aromatic polyamide filaments containing carbon nanotubes, wherein the wholly aromatic polyamide filaments have no carbon nanotubes relative to the total weight of the wholly aromatic polyamide filaments. The cloth for bulletproof clothing characterized by containing 5 to 5 weight% is provided.

本発明によれば、高い機械的物性(靭性因子)を有し、製造工程における工程安定性に優れると共に、安価で、しかも防弾性能に優れた防弾衣料用布帛が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fabric for bulletproof clothing which has a high mechanical physical property (toughness factor), is excellent in process stability in a manufacturing process, is inexpensive, and is excellent in bulletproof performance is provided.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明で使用する全芳香族ポリアミドは、溶液中でのジカルボン酸ジクロライドとジアミンとの低温溶液重合、または界面重合から得ることができる。具体的に本発明において使用されるジアミン成分としては、p−フェニレンジアミン、2−クロルp−フェニレンジアミン、2,5−ジクロルp−フェニレンジアミン、2,6−ジクロルp−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、3,4'−ジアミノジフェニルエーテル、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、4,4'−ジアミノジフェニルメタン、4,4'−ジアミノジフェニルスルフォン、3,3'−ジアミノジフェニルスルフォン等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The wholly aromatic polyamide used in the present invention can be obtained from low-temperature solution polymerization or interfacial polymerization of dicarboxylic acid dichloride and diamine in solution. Specific examples of the diamine component used in the present invention include p-phenylenediamine, 2-chloro p-phenylenediamine, 2,5-dichloro p-phenylenediamine, 2,6-dichloro p-phenylenediamine, and m-phenylene. Examples thereof include diamine, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone, and 3,3′-diaminodiphenyl sulfone. However, it is not limited to these.

中でもジアミン成分として、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミンおよび3,4'−ジアミノジフェニルエーテルが好ましい。   Of these, p-phenylenediamine, m-phenylenediamine and 3,4′-diaminodiphenyl ether are preferred as the diamine component.

また、具体的に本発明において使用されるジカルボン酸クロライド成分としては、例えばイソフタル酸クロライド、テレフタル酸クロライド、2−クロルテレフタル酸クロライド、2,5−ジクロルテレフタル百隻クロライド、2,6−ジクロルテレフタル酸クロライド、2,6−ナフタレンジカルボン酸クロライドなど挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でもジカルボン酸クロライド成分として、テレフタル酸ジクロライド、イソフタル酸ジクロライドが好ましい。従って本発明における全芳香族ポリアミドの例として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、ポリパラフェニレンテレフタルアミド及び、ポリメタフェニレンテレフタルアミド等を挙げることが出来る。   Specific examples of the dicarboxylic acid chloride component used in the present invention include, for example, isophthalic acid chloride, terephthalic acid chloride, 2-chloroterephthalic acid chloride, 2,5-dichloroterephthalic acid hundred chloride, 2,6-dicarboxylic acid. Examples include, but are not limited to, chloroterephthalic acid chloride and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid chloride. Of these, terephthalic acid dichloride and isophthalic acid dichloride are preferred as the dicarboxylic acid chloride component. Accordingly, examples of the wholly aromatic polyamide in the present invention include copolyparaphenylene • 3,4′-oxydiphenylene terephthalamide, polyparaphenylene terephthalamide, and polymetaphenylene terephthalamide.

また全芳香族ポリアミドを重合する際の溶媒としては具体的にN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチルカプロラクタム等の有機極性アミド系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の水溶性エーテル化合物、メタノール、エタノール、エチレングリコール等の水溶性アルコール系化合物、アセトン、メチルエチルケトン等の水溶性ケトン系化合物、アセトニトリル、プロピオニトリル等の水溶性ニトリル化合物等があげられる。これらの溶媒は2種以上の混合溶媒として使用することも可能であり、特に制限されることはない。該溶媒は脱水されていることが望ましい。   Further, as a solvent for polymerizing wholly aromatic polyamide, specifically, organic polar amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, Water-soluble ether compounds such as tetrahydrofuran and dioxane, water-soluble alcohol compounds such as methanol, ethanol and ethylene glycol, water-soluble ketone compounds such as acetone and methyl ethyl ketone, and water-soluble nitrile compounds such as acetonitrile and propionitrile. . These solvents can be used as a mixed solvent of two or more, and are not particularly limited. The solvent is preferably dehydrated.

この場合、溶解性を挙げるために重合前、途中、終了時に一般に公知の無概塩を適当量添加しても差し支えない。このような無機塩として例えば、塩化リチウム、塩化カルシウム等が挙げられる。   In this case, in order to increase solubility, an appropriate amount of a generally known rough salt may be added before, during or after the polymerization. Examples of such inorganic salts include lithium chloride and calcium chloride.

上記全芳香族ポリアミドの製造において用いられる全芳香族ポリアミド溶液のポリマー濃度は、好ましくは0.5〜30重量%、より好ましくは1〜25重量%である。ポリマー濃度が0.5重量%未満では、ポリマーの絡み合いが少なく十分な延伸が行えない場合がある。一で、ポリマー濃度が30重量%を超える場合、ノズルから吐出する際に不安定流動が起こりやすくなり安定的に紡糸することが困難となることがある。   The polymer concentration of the wholly aromatic polyamide solution used in the production of the wholly aromatic polyamide is preferably 0.5 to 30% by weight, more preferably 1 to 25% by weight. When the polymer concentration is less than 0.5% by weight, there are cases where there is little entanglement of the polymer and sufficient stretching cannot be performed. On the other hand, when the polymer concentration exceeds 30% by weight, unstable flow tends to occur when discharging from the nozzle, and it may be difficult to perform stable spinning.

また、全芳香族ポリアミドを製造する際、これらのジアミン成分と酸クロライド成分は、ジアミン成分対酸クロライド成分のモル比として好ましくは0.90〜1.10、より好ましくは0.95〜1.05の範囲で用いることが好ましい。   Moreover, when manufacturing a wholly aromatic polyamide, these diamine components and acid chloride components are preferably 0.90 to 1.10, more preferably 0.95 to 1.0 as the molar ratio of the diamine component to the acid chloride component. It is preferable to use in the range of 05.

この全芳香族ポリアミドの末端は封止されることもできる。末端封止剤を用いて封止する場合、その末端封止剤としては、例えばフタル酸クロライドおよびその置換体、アミン成分としてはアニリンおよびその置換体が挙げられる。   The ends of this wholly aromatic polyamide can also be sealed. In the case of sealing with an end-capping agent, examples of the end-capping agent include phthalic acid chloride and substituted products thereof, and examples of the amine component include aniline and substituted products thereof.

一般に用いられる酸クロライドとジアミンの反応においては生成する塩化水素のごとき酸を捕捉するために脂肪族や芳香族のアミン、第4級アンモニウム塩を併用できる。   In the reaction of generally used acid chloride and diamine, an aliphatic or aromatic amine or a quaternary ammonium salt can be used in combination to trap an acid such as hydrogen chloride formed.

反応の終了後、必要に応じて塩基性の無機化合物、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム等を添加し中和反応する。反応条件は特別な制限を必要としない。酸クロライドとジアミンとの反応は、一般に急速であり、反応温度は例えば、−25℃〜100℃、好ましくは−10℃〜80℃である。   After completion of the reaction, a basic inorganic compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, calcium oxide or the like is added as necessary to carry out a neutralization reaction. The reaction conditions do not require special restrictions. The reaction between acid chloride and diamine is generally rapid, and the reaction temperature is, for example, -25 ° C to 100 ° C, preferably -10 ° C to 80 ° C.

このようにして得られる全芳香族ポリアミドはアルコール、水といった非溶媒に投入して、沈殿せしめ、パルプ状にして取り出すことができる。これを再度他の溶媒に溶解して成形に供することもできるが、重合反応によって得た溶液をそのまま成形用溶液として用いることができる。再度溶解させる際に用いる溶媒としては、全芳香族ポリアミドを溶解するものであれば特に限定はされないが、上記全芳香族ポリアミドの重合に使用される溶媒が好ましい。   The wholly aromatic polyamide thus obtained can be put into a non-solvent such as alcohol or water, precipitated, and taken out as a pulp. This can be dissolved again in another solvent and used for molding, but the solution obtained by the polymerization reaction can be used as it is as a molding solution. The solvent used for re-dissolving is not particularly limited as long as it dissolves the wholly aromatic polyamide, but a solvent used for the polymerization of the wholly aromatic polyamide is preferable.

本発明で使用されるカーボンナノチューブは実質的に炭素からなる管状の化合物で、層は単層でも多層でも層の数を問わない。製造方法としては、アーク放電法、気相成長法などが知られているが(例えば、特開2001−80913号公報など)、何れの方法で得たカーボンナノチューブを用いても良い。該カーボンナノチューブの外径は100nm以下、長さは0.5μm以上10μm以下、好ましくは1μm以上5μm以下である。外径が100nm又は長さが10μmを越える場合、後述するように繊維中に均一に分散せしめることが難しくなるため、糸の強度低下を招き好ましくない。一方、該カーボンナノチューブの長さが0.5μm未満の場合、紡糸工程でカーボンナノチューブが繊維軸方向に十分配向せず強度向上に寄与しない場合があるため好ましくない。   The carbon nanotube used in the present invention is a tubular compound consisting essentially of carbon, and the number of layers may be either a single layer or multiple layers. As a manufacturing method, an arc discharge method, a vapor phase growth method, and the like are known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-80913), and carbon nanotubes obtained by any method may be used. The carbon nanotube has an outer diameter of 100 nm or less and a length of 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm. When the outer diameter exceeds 100 nm or the length exceeds 10 μm, it is difficult to uniformly disperse the fibers in the fiber as will be described later. On the other hand, when the length of the carbon nanotube is less than 0.5 μm, the carbon nanotube is not sufficiently oriented in the fiber axis direction in the spinning process and may not contribute to the improvement of the strength.

本発明においては、物性を損なわない範囲で、カーボンナノチューブ以外のフィラーを併用することができる。用いるフィラーとしては、繊維状もしくは、板状、鱗片状、粒状、不定形状、破砕品など非繊維状の充填剤が挙げられ、具体的には例えば、ガラス繊維、ポリアクリロニトリル系やピッチ系の炭素繊維、ステンレス繊維、アルミニウム繊維や黄銅繊維などの金属繊維、全芳香族ポリアミド繊維などの有機繊維、石膏繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、ジルコニア繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、酸化チタン繊維、炭化ケイ素繊維、ロックウール、チタン酸カリウムウィスカー、チタン酸バリウムウィスカー、ほう酸アルミニウムウィスカー、窒化ケイ素ウィスカー、マイカ、タルク、カオリン、シリカ、炭酸カルシ.ウム、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラスマイクロバルーン、クレー、二硫化モリブデン、ワラステナイト、酸化チタン、酸化亜鉛、ポリリン酸カルシウム、グラファイト、金属粉、金属フレーク、金属リボン、金属酸化物、カーボン粉末、黒鉛、カーボンフレーク、鱗片状カーボンなどが挙げられる。また、上記のフィラーは2種以上を併用して使用することもできる。   In the present invention, fillers other than carbon nanotubes can be used in combination as long as the physical properties are not impaired. Examples of the filler used include non-fibrous fillers such as fibrous, plate-like, scale-like, granular, indeterminate shapes, and crushed products. Specific examples include glass fiber, polyacrylonitrile-based, and pitch-based carbon. Fibers, stainless steel fibers, metal fibers such as aluminum fibers and brass fibers, organic fibers such as wholly aromatic polyamide fibers, gypsum fibers, ceramic fibers, asbestos fibers, zirconia fibers, alumina fibers, silica fibers, titanium oxide fibers, silicon carbide fibers , Rock wool, potassium titanate whisker, barium titanate whisker, aluminum borate whisker, silicon nitride whisker, mica, talc, kaolin, silica, calcium carbonate, glass beads, glass flakes, glass microballoon, clay, molybdenum disulfide , Wollastonite, oxidation Examples thereof include titanium, zinc oxide, calcium polyphosphate, graphite, metal powder, metal flake, metal ribbon, metal oxide, carbon powder, graphite, carbon flake, and scaly carbon. Moreover, said filler can also be used in combination of 2 or more types.

なお、本発明に使用する上記のフィラーはその表面を公知のカップリング剤(例えば、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤など)、その他の表面処理剤で処理して用いることもできる。   The filler used in the present invention can be used by treating the surface with a known coupling agent (for example, silane coupling agent, titanate coupling agent, etc.) or other surface treatment agents.

本発明においては、上記全芳香族ポリアミドからなるフィラメントに、全芳香族ポリアミドフィラメント全重量に対し、カーボンナノチューブが0.5〜5重量%の範囲で含まれることが必要である。該含有量が0.5重量%未満であると靭性因子の向上が見られず、一方、該含有量が5重量%を超えるとカーボンナノチューブを紡糸溶液中に均一に分散させることが困難となる。   In the present invention, it is necessary that the filament made of the wholly aromatic polyamide contains carbon nanotubes in the range of 0.5 to 5% by weight with respect to the total weight of the wholly aromatic polyamide filament. When the content is less than 0.5% by weight, the toughness factor is not improved. On the other hand, when the content exceeds 5% by weight, it is difficult to uniformly disperse the carbon nanotubes in the spinning solution. .

上記のカーボンナノチューブを含む全芳香族ポリアミドフィラメントは、カーボンナノチューブを含有していないものに比較して、引張強度(T)を10%以上向上させることが可能である。また本発明の全芳香族ポリアミドフィラメントは、カーボンナノチューブを含有していないものに比較して伸度(E)を10%以上向上させることが可能である。   The wholly aromatic polyamide filament containing the carbon nanotubes can improve the tensile strength (T) by 10% or more compared to those not containing carbon nanotubes. In addition, the wholly aromatic polyamide filament of the present invention can improve the elongation (E) by 10% or more as compared with those not containing carbon nanotubes.

さらに、上記のカーボンナノチューブを含む全芳香族ポリアミドフィラメントは靭性因子(TF)がカーボンナノチューブを含有していないものに比較して10%以上向上し、好ましくは20%以上向上し、30以上の靭性因子を有する全芳香族ポリアミドフィラメントを得ることが可能である。ここで、靭性因子(TF)とは、下記式で表されるように、グラム/デニールの単位で測定された引張強度(T)と伸度(E)との平方根との積で表される。   Further, the wholly aromatic polyamide filament containing the carbon nanotubes has a toughness factor (TF) of 10% or more, preferably 20% or more, and a toughness of 30 or more as compared with those containing no carbon nanotubes. It is possible to obtain wholly aromatic polyamide filaments with factors. Here, the toughness factor (TF) is represented by the product of the tensile strength (T) measured in units of grams / denier and the square root of elongation (E), as represented by the following formula. .

Figure 2006207965
Figure 2006207965

本発明の全芳香族ポリアミド系フィラメントが高い機械的特性(引張強度、伸度、および靭性因子)を有し、布帛にされた場合、優れた耐弾性能を有する理由としては定かではないが、紡糸工程において延伸配向させることにより、カーボンナノチューブが繊維軸方向に高度に配向していることが原因と考えられる。   Although the wholly aromatic polyamide filament of the present invention has high mechanical properties (tensile strength, elongation, and toughness factor) and is made into a fabric, it is not clear as a reason for having excellent ballistic performance, It is considered that the carbon nanotubes are highly oriented in the fiber axis direction by stretching and orientation in the spinning process.

例えば、本発明で使用するフィラメント中におけるカーボンナノチューブの配向度をX線測定により解析した場合、(002)の反射ピーク強度から下記式により算出される配向度Aは50%以上であることが好ましく、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは80%以上である。   For example, when the orientation degree of the carbon nanotube in the filament used in the present invention is analyzed by X-ray measurement, the orientation degree A calculated by the following formula from the reflection peak intensity of (002) is preferably 50% or more. More preferably, it is 70% or more, and further preferably 80% or more.

Figure 2006207965
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上記配向度Aは、フィラメント中におけるフィラーの配向性を示すパラメーターであり、カーボンナノチューブ層面の配向性がまったく無い場合はA=0、層面がフィラメント繊維軸方向に完全に平行に並んだ場合はA=100となる。   The degree of orientation A is a parameter indicating the orientation of the filler in the filament. A = 0 when there is no orientation of the carbon nanotube layer surface, and A when the layer surface is aligned completely parallel to the filament fiber axis direction. = 100.

本発明においては、カーボンナノチューブを、全芳香族ポリアミドフィラメント中に50%以上、さらに好ましくは70%以上という高い配向度Aで、選択的に繊維軸方向に配向させることにより、機械的物性(靭性因子)、及びそれに起因する耐弾性能の向上が達成されると考えている。   In the present invention, the carbon nanotubes are selectively oriented in the fiber axis direction with a high degree of orientation A of 50% or more, more preferably 70% or more in the wholly aromatic polyamide filament, whereby mechanical properties (toughness) Factor) and the resulting improvement in ballistic performance.

本発明においては、全芳香族ポリアミドフィラメントの製造方法として特に限定はされないが、全芳香族ポリアミド、カーボンナノチューブおよび溶媒からなる紡糸用溶液(ドープ)を調製し、得られたドープをノズルより吐出し、貧溶媒からなる凝固浴中で凝固し、乾燥させることにより製造することができる。   In the present invention, the method for producing a wholly aromatic polyamide filament is not particularly limited, but a spinning solution (dope) comprising a wholly aromatic polyamide, carbon nanotubes and a solvent is prepared, and the obtained dope is discharged from a nozzle. It can be produced by coagulation in a coagulation bath comprising a poor solvent and drying.

また、紡糸用ドープに使用される溶媒としては、上記の全芳香族ポリアミドの製造時に使用した溶媒など、全芳香族ポリアミドおよびカーボンナノチューブを溶解及び/又は分散させることができる溶媒を使用することができ、これらの溶媒は2種以上の混合溶媒として使用することも可能である。   Further, as the solvent used for the dope for spinning, it is possible to use a solvent that can dissolve and / or disperse the wholly aromatic polyamide and the carbon nanotube, such as the solvent used in the production of the wholly aromatic polyamide. These solvents can also be used as a mixed solvent of two or more.

また紡糸用ドープのポリマー濃度、すなわち全芳香族ポリアミドの濃度は0.05〜30重量%、より好ましくは1〜25重量%が好ましい。   The polymer concentration of the dope for spinning, that is, the concentration of wholly aromatic polyamide is 0.05 to 30% by weight, more preferably 1 to 25% by weight.

全芳香族ポリアミド、カーボンナノチューブおよび溶媒からなる紡糸用ドープの調整方法は、(ア)全芳香族ポリアミドの溶液にカーボンナノチューブを加える方法、(イ)全芳香族ポリアミドの溶液とカーボンナノチューブの溶液とを混合する方法、(ウ)カーボンナノチューブの溶液に全芳香族ポリアミドを添加し溶解する方法等がある。さらに、本発明における紡糸用ドープには、本発明の効果を損なわない範囲で他の成分、例えば酸化防止剤や耐熱安定剤、耐候剤、染料、帯電防止剤、難燃剤、導電性ポリマー、その他の重合体を添加することができる。   The spinning dope comprising a wholly aromatic polyamide, carbon nanotubes and a solvent is prepared by (a) adding carbon nanotubes to a solution of wholly aromatic polyamides, (a) a solution of wholly aromatic polyamides and a solution of carbon nanotubes. And (c) a method in which a wholly aromatic polyamide is added to a carbon nanotube solution and dissolved. Further, the dope for spinning in the present invention includes other components within a range not impairing the effects of the present invention, such as antioxidants, heat stabilizers, weathering agents, dyes, antistatic agents, flame retardants, conductive polymers, and others. The polymer can be added.

上記方法によって得られた紡糸用ドープを用いて、湿式法、半乾半湿法等により繊維に成形し、溶媒を除去した後、乾燥することで本発明の全芳香族ポリアミド系フィラメント
を製造することができる。また、得られた成形体を延伸することにより、ポリマーマトリクスである全芳香族ポリアミドおよびフィラーとして用いているカーボンナノチューブが高度に配向し、全芳香族ポリアミドフィラメントの高い物性が発現すると考えている。
Using the spinning dope obtained by the above method, the fiber is formed into a fiber by a wet method, a semi-dry semi-wet method, etc., and after removing the solvent, the fully aromatic polyamide filament of the present invention is produced by drying. be able to. Further, it is considered that by stretching the obtained molded body, the fully aromatic polyamide as the polymer matrix and the carbon nanotubes used as the filler are highly oriented, and the high physical properties of the fully aromatic polyamide filament are expressed.

延伸の方法としては、凝固糸状態での水洗延伸、沸水延伸、または乾燥糸状態での加熱延伸等行うことができる。延伸倍率については、特に制限はないが、1.05倍以上であることが好ましく、さらに好ましくは1.1倍以上であることが好ましい、該延伸倍率が1.05倍よりも小さい場合、ポリマーマトリクス中におけるカーボンナノチューブの配向が不十分であり好ましくない。また、延伸倍率をコントロールすることで全芳香族ポリアミドフィラメントの伸度および強度を制御することができる。   As a drawing method, washing drawing in a coagulated yarn state, boiling water drawing, heating drawing in a dry yarn state, or the like can be performed. The draw ratio is not particularly limited, but is preferably 1.05 times or more, more preferably 1.1 times or more. When the draw ratio is less than 1.05 times, the polymer The orientation of the carbon nanotubes in the matrix is insufficient, which is not preferable. Moreover, the elongation and strength of the wholly aromatic polyamide filament can be controlled by controlling the draw ratio.

本発明においては、上記全芳香族ポリアミドフィラメントを、織物、編物、不織布などの布帛の形態で使用する。この際、織物の形態で使用すると全芳香族ポリアミドフィラメントが経緯一方向に配列するため繊維の性能が発揮されやすく、本発明の目的である高い防弾性能が達成されやすい。   In the present invention, the wholly aromatic polyamide filament is used in the form of a fabric such as a woven fabric, a knitted fabric or a non-woven fabric. At this time, when used in the form of a woven fabric, the fully aromatic polyamide filaments are arranged in one direction, so that the performance of the fibers is easily exhibited, and the high bulletproof performance that is the object of the present invention is easily achieved.

上記布帛の、下記式で表されるカバーファクター(CF)は2500〜3500であることが好ましい。カバーファクター(CF)が上記範囲にあると、織り組織の形態を維持しやすく、織り目が開き難くなる。したがって着弾によって繊維がずれず、繊維性能のロスが少なくなり高い耐弾性能を示す。   The cover factor (CF) represented by the following formula of the fabric is preferably 2500-3500. When the cover factor (CF) is in the above range, the form of the woven structure is easily maintained, and the texture is difficult to open. Therefore, the fibers are not displaced by landing, and the loss of fiber performance is reduced, and high ballistic performance is exhibited.

Figure 2006207965
Figure 2006207965

尚、上記布帛は単独で使用しても、他の繊維布帛と組み合わせて使用してもよい。この際、組み合わされる繊維布帛としては、他のアラミド繊維、ポリアリレート繊維、高強度ポリエチレン繊維など引張り強度が18cN/dtex以上の繊維の布帛を使用すること
が好ましい。
The above fabric may be used alone or in combination with other fiber fabrics. At this time, it is preferable to use a fiber fabric having a tensile strength of 18 cN / dtex or more, such as other aramid fibers, polyarylate fibers, and high-strength polyethylene fibers.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例中の各特性は、以下の方法に従って評価した。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, each characteristic in an Example was evaluated in accordance with the following method.

(1)防弾性能
防弾性能は9mm拳銃を用いて評価した。予め10cmの厚みの粘土上に被評価サンプルをベルト等で動かないように固定し、銃口から5mの位置に弾丸が垂直にあたるような角度でセットした。
(1) Bulletproof performance Bulletproof performance was evaluated using a 9 mm handgun. The sample to be evaluated was fixed on a 10 cm thick clay so as not to move with a belt or the like, and set at an angle such that the bullet was perpendicular to a position 5 m from the muzzle.

弾丸の速度は一定であるため、サンプルの積層枚数を増減させることにより総目付を変更し、弾丸がサンプルを貫通しない目付(非貫通最小目付)により評価を行った。評価は同条件で4回繰り返し行い、1回の貫通もない場合に貫通しないと判断する。
なお、サンプルの大きさは他のテスト弾丸がサンプルに与えたダメージの影響がない程度に十分大きなものとした。
Since the speed of the bullet is constant, the total basis weight was changed by increasing or decreasing the number of stacked samples, and the evaluation was performed based on the basis weight where the bullet did not penetrate the sample (non-penetrating minimum basis weight). Evaluation is repeated four times under the same conditions, and it is determined that no penetration occurs when there is no single penetration.
Note that the size of the sample was sufficiently large so as not to be affected by the damage given to the sample by other test bullets.

性能評価に用いた弾丸の仕様は9mm弾で、形状は鉛が丹銅で覆われたフルメタルジャケットであり、その重量は8.0gである。また、拳銃から発射された弾丸の速度は345m/sであった。   The bullet used in the performance evaluation is a 9mm bullet, the shape is a full metal jacket covered with lead and the weight is 8.0g. The speed of the bullet fired from the handgun was 345 m / s.

[実施例1]
添加するカーボンナノチューブとしては、気相成長法により製造され、カーボンのシートが同心円上に複数重なっている多層カーボンナノチューブ(以下、MWNTと称することがある。)を使用した。該多層カーボンナノチューブのチューブ径は、40nm、アスペクト比は110であった。
[Example 1]
As the carbon nanotubes to be added, multi-walled carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as MWNTs) produced by a vapor phase growth method and having a plurality of carbon sheets stacked on concentric circles were used. The tube diameter of the multi-walled carbon nanotube was 40 nm, and the aspect ratio was 110.

カーボンナノチューブの分散は、浅田鉄工株式会社製ビーズミル(NanoGrainMi1l)を用いておこない、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと称することがある。)中に0.3重量%となる様にNMP分散体を調整した。この時、メディアとして、0.3mmのジルコニアビーズを使用した。   The carbon nanotubes are dispersed using a bead mill (NanoGrainMi1l) manufactured by Asada Tekko Co., Ltd., and NMP is 0.3 wt% in N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP). The dispersion was adjusted. At this time, 0.3 mm zirconia beads were used as media.

得られたカーボンナノチューブ分散体、およびNMPを、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(共重合モル比が1:1の芳香族ポリアミド)の濃度6重量%のNMP溶液中に、得られるドープ中のカーボンナノチューブの含有量が芳香族ポリアミドの全重量を基準として1重量%となるように添加し、温度80℃で4時間撹拝混合した。   The obtained carbon nanotube dispersion and NMP were placed in an NMP solution having a concentration of 6% by weight of copolyparaphenylene • 3,4′-oxydiphenylene terephthalamide (aromatic polyamide having a copolymerization molar ratio of 1: 1). Then, the carbon nanotubes in the obtained dope were added so that the content of carbon nanotubes was 1% by weight based on the total weight of the aromatic polyamide, and stirred at a temperature of 80 ° C. for 4 hours.

得られたドープを用い、孔数667ホールの紡糸口金から吐出し、エアーギャップ約10mmを介してNMP濃度30重量%の水溶液中に紡出し凝固した後(半乾半湿式紡糸法)、水洗、乾燥し、次いで、500℃の温度下で10倍に延伸した後、巻き取ることによりカーボンナノチューブが良好に分散した全芳香族ポリアミドフィラメントを得た。   Using the obtained dope, it was discharged from a spinneret with 667 holes, spun into an aqueous solution with an NMP concentration of 30% by weight through an air gap of about 10 mm (semi-dry semi-wet spinning method), washed with water, After drying, and then stretching 10 times at a temperature of 500 ° C., a fully aromatic polyamide filament in which carbon nanotubes were well dispersed was obtained by winding.

得られた全芳香族ポリアミドフィラメントの総繊度は1100dtex、フィラメント数は667フィラメント、単糸繊度1.65dtexであり、その強度は27.7cN/dtexであった。   The total wholly aromatic polyamide filament obtained had a total fineness of 1100 dtex, a filament count of 667 filaments, a single yarn fineness of 1.65 dtex, and a strength of 27.7 cN / dtex.

このフィラメントを用い、たて、よこの織密度を45本/インチとして、目付け285g/mの平織物を得た(CF=2985)。得られた織物を、複数枚重ね、上記の方法に従って、防弾性能を評価した。非貫通最小目付けは4560g/m(16枚)であった。 Using this filament, a warp density of 45 pieces / inch was used to obtain a plain woven fabric having a basis weight of 285 g / m 2 (CF = 2985). A plurality of the obtained woven fabrics were stacked, and the bulletproof performance was evaluated according to the above method. The non-penetrating minimum basis weight was 4560 g / m 2 (16 sheets).

[実施例2〜3]
実施例1において、カーボンナノチューブの含有量が、全芳香族ポリアミドフィラメントの全重量を基準として3重量%、または、5重量%となるように添加した以外は実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
[Examples 2-3]
In Example 1, it implemented like Example 1 except having added so that content of a carbon nanotube might be 3 weight% or 5 weight% on the basis of the total weight of a wholly aromatic polyamide filament. The results are shown in Table 1.

[実施例4]
実施例1において、多層カーボンナノチューブを使用するかわりに、カーボンのシートが一層のみよりなる単層カーボンナノチューブ(以下、SWNTと称することがある。)を使用した以外は、実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
[Example 4]
In Example 1, instead of using multi-walled carbon nanotubes, the same procedure as in Example 1 was performed, except that single-walled carbon nanotubes (hereinafter sometimes referred to as SWNTs) consisting of only one carbon sheet were used. did. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
実施例1において、カーボンナノチューブを添加しなかった以外は、実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
In Example 1, it implemented like Example 1 except not having added a carbon nanotube. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
実施例1において、カーボンナノチューブの含有量が、全芳香族ポリアミドフィラメントの全重量を基準として10重量%となるように添加した以外は実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
In Example 1, it implemented like Example 1 except having added so that content of a carbon nanotube might be 10 weight% on the basis of the total weight of a wholly aromatic polyamide filament. The results are shown in Table 1.

Figure 2006207965
Figure 2006207965

表1より明らかな様に、カーボンナノチューブを添加した全芳香族ポリアミドフィラメントは、未添加のフィラメントに比べて強度、モジュラスが向上するだけでなく、防弾性能が大きく向上することが認められる。   As is clear from Table 1, it is recognized that the wholly aromatic polyamide filaments to which carbon nanotubes are added not only improve the strength and modulus, but also greatly improve the ballistic performance as compared with the unadded filaments.

本発明によれば、高い機械的物性(靭性因子)を有し、製造工程における工程安定性に優れると共に、安価で、しかも防弾性能に優れた防弾衣料用布帛が提供されるので、防弾衣料、あるいは安全衣料等の用途分野に有用である。   According to the present invention, since a fabric for bulletproof clothing having high mechanical properties (toughness factor), excellent process stability in the production process, inexpensive and excellent in bulletproof performance is provided, Alternatively, it is useful in application fields such as safety clothing.

Claims (5)

カーボンナノチューブを含む全芳香族ポリアミドフィラメントから構成される布帛であって、該全芳香族ポリアミドフィラメントには、カーボンナノチューブが全芳香族ポリアミドフィラメントの全重量に対して0.5〜5重量%含有されていることを特徴とする防弾衣料用布帛。   A fabric composed of wholly aromatic polyamide filaments containing carbon nanotubes, wherein the wholly aromatic polyamide filaments contain carbon nanotubes in an amount of 0.5 to 5% by weight based on the total weight of the wholly aromatic polyamide filaments. A fabric for bulletproof clothing, characterized in that カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである請求項1記載の防弾衣料用布帛。   The cloth for bulletproof clothing according to claim 1, wherein the carbon nanotube is a multi-walled carbon nanotube. 全芳香族ポリアミドが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である請求項1又は2記載の防弾衣料用布帛。   The fabric for bulletproof clothing according to claim 1 or 2, wherein the wholly aromatic polyamide is copolyparaphenylene-3,4'-oxydiphenylene terephthalamide. 全芳香族ポリアミドがポリパラフェニレンテレフタルアミドである請求項1又は2記載の防弾衣料用布帛。   The cloth for bulletproof clothing according to claim 1 or 2, wherein the wholly aromatic polyamide is polyparaphenylene terephthalamide. 下記式で表される布帛のカバーファクター(CF)が2500〜3500である請求項1〜4のいずれ1項に記載の防弾衣料用布帛。
Figure 2006207965
The fabric for bulletproof clothing according to any one of claims 1 to 4, wherein the cover factor (CF) of the fabric represented by the following formula is 2500 to 3500.
Figure 2006207965
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