JP2006274507A

JP2006274507A - 耐炎化繊維

Info

Publication number: JP2006274507A
Application number: JP2005097383A
Authority: JP
Inventors: Tomio Kuwajima; 富夫桑嶋; Sadao Hosohara; 禎夫細原; Sunao Toba; 直鳥羽
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】高品質かつ紡績性に優れる耐炎化紡績糸およびかかる対炎化紡績糸からなる耐炎化繊維布帛を供給すること。
【解決手段】単糸強度が１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、表面に付与された油剤の粘着剥離力が５０〜１５０ｇで、かつ捲縮数が２〜１０山／２５ｍｍであることを特徴とする耐炎化繊維、およびさらに付与された油剤が下記の界面活性剤成分［Ａ］および／又は［Ｂ］を含むことを特徴とする耐炎化繊維。
［Ａ］（Ｒ^１）_ｎ−Ａ^ｍ−・ｍＭ^＋
［Ｂ］（Ｒ^２）_４−Ｎ^＋・ｍＢ⁻
【選択図】なし

Description

本発明は、高品質かつ製織性に優れる耐炎化繊維に関する。

炭素繊維布帛はその優れた強度特性からスポーツ用具、航空・宇宙基材、ＣＮＧタンク、フライホイール、風車、道路・橋脚等の各種構造基材の補強材料に用いられてきた。また、近年は炭素繊維布帛の高い導電性や放熱性から、携帯電話やパソコンの筐体等の電子機器部品への応用が強く求められている。従って、織り組織や厚みといった布帛の形態や電気特性など求められる品質も多様化している。

このような炭素繊維布帛は、炭素繊維を直接紡績するのは困難なため、炭素繊維よりは伸度の高い耐炎化繊維をあらかじめ紡績・製織し、耐炎化繊維布帛としてから炭化して炭素繊維布帛を得るのが一般的である。

また、かかる耐炎化繊維布帛は、炭素繊維布帛を得るための中間材料としてだけではなく、消防服、溶接火花防護シート、カーテン等のインテリア資材など難燃性、防炎性が必要とされる分野において、それ自体の需要も増しており、より高品質な耐炎化繊維布帛を高効率で生産することが求められている。

従って、上述の耐炎化繊維布帛更には炭素繊維布帛を実現するような製織性に優れた耐炎化繊維の必要性が高まっている。

従来の耐炎化紡績糸としては、特許文献１に示されるように、アクリル系マルチフィラメントを耐炎化処理→スチーム捲縮→延伸切断→コーミング→ギミング→ロービングの工程を経て得られる紡績糸が知られているが、この方法においては耐炎化繊維が捲縮工程で損傷を受け、脆くなりやすく、また捲縮の堅牢性が高いものが得られ難いという問題があった。特許文献２では捲縮工程に関して、水分付与や加工時の温度を検討した技術もあるが、損傷を抑えた十分な強度の耐炎化繊維は得られなかった。

製造工程の改善という点で、油剤に着目した例もあるが、特許文献３のようにその多くが耐熱性向上や単糸間融着や毛羽発生を抑えるというように、炭素繊維前駆対としての生産性を高めるものであって、耐炎化繊維の強度を高めることにはつながっていなかった。特許文献４のように耐炎化繊維に焦点を当てた例もあるが、特殊な薬剤を使用しており一般的ではなく、また耐炎化前に付与するため、捲縮工程後の紡績性向上には大きく寄与しない。

耐炎化繊維の捲縮数を８山／２５ｍｍや９山／２５ｍｍにし、損傷を抑えた例もある（特許文献５および６参照）が、界面活性剤に関して特に考慮されておらず、繊維の絡合性が足りないため、製品の強度が十分に得られていない。他にも捲縮数を７山／２５ｍｍや８山／２５ｍｍにした例があるが（例えば特許文献７および８参照）これらは炭素繊維用前駆体における捲縮数であって、耐炎化処理後は捲縮がゆるくなってしまい繊維の絡合性が下がるために、耐炎化繊維紡績糸や不織布としては強度が低くなってしまうという問題がある。
特開昭５２−３１１２２号公報特開平４−１００９３１号公報特開昭５８−１２０８１９号公報特開昭５８−１０９６２４号公報特開昭５６−８５４３４号公報特開平３−２８７８３４号公報特開２００１−２７９５３７号公報特開２００１−３５５１２０号公報

本発明の目的は、十分な強度を持ち、紡績性に優れた耐炎化繊維を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するにあたって以下のような手段を採用する。すなわち、単糸強度が１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、表面に付与された油剤の粘着剥離力が５０〜１５０ｇで、かつ捲縮数が２〜１０山／２５ｍｍであることを特徴とする耐炎化繊維である。

本発明により、十分な強度を持ち、紡績性に優れた耐炎化繊維を提供することができる。

以下、更に詳しく本発明の耐炎化繊維について説明をする。
本発明の耐炎化繊維には、捲縮工程での糸の損傷を下げるために捲縮数を低く設定した場合でも、繊維の絡合性が十分に得られることを目的に、粘着剥離力が５０〜１５０ｇの油剤を使用する。

ここで粘着剥離力とは、次の測定にて得られる値を言う。まず、使用する油剤、または繊維から抽出することにより得られた抽出液を成分濃度が１０％程度になるように調製し、１０５℃で３時間かけて絶乾することによって皮膜状の試料０．５ｇを得る。この試料を２０℃、６５％ＲＨの環境下で５時間以上調湿し、皮膜の上に静かに置いたシリコンゴム（底面の直径１５ｍｍの円筒形、重量７．６ｇ）を４０ｍｍ／分の速さで鉛直方向に引っ張り、その最大剥離力の測定を行う。この粘着剥離力が５０ｇ未満であると、繊維間の摩擦が低くなり、紡績工程時に良好なウェブやスライバーが得られなくなる。また１５０ｇを越えると粘着力が過剰となり、生産や紡績の各工程におけるローラーにスカム状の粘着物が付着したり、繊維の巻きつきが起こりやすくなる場合がある。

油剤の付着方法としては、特に制限は無く、例えば一般に用いられているように水分散液中に耐炎化繊維束を浸漬して付着させることができる。

本発明に用いられる油剤の耐炎化繊維束１００重量％に対する付着量は、０．５〜１．５重量％が好ましく、０．７〜１．２重量％がさらに好ましい。付着量が０．５重量％未満であると、繊維間に十分な絡合性が発生せず、十分な紡績通過性が得られない場合がある。また、付着量１．５重量％を越えると、繊維の粘着性が過剰となり、ローラーへの粘着物の発生や繊維の巻き付きが起こりやすくなる。

本発明に用いられる油剤に含まれる界面活性剤成分には、製造方法が確立されており、比較的安価で入手しやすい［Ａ］（Ｒ^１）_ｎ−Ａ^ｍ−・ｍＭ^＋および／又は［Ｂ］（Ｒ^２）_４−Ｎ^＋・ｍＢ⁻という構造のものを用いる。（ここでＲ^１およびＲ^２は炭素数８〜５０のアルキル基又はオキシアルキル基であって、同一または異なっていてもよい。Ａはリン酸基、スルホン酸基、硫酸基およびカルボン酸基のいずれかを示す。ＢはハロゲンもしくはＡの酸残基を示す。Ｍはアルカリ金属もしくは四級アンモニウムを示す。ｍおよびｎは１〜３の整数を示す。）

これらの界面活性剤成分のＲ^１およびＲ^２に関してアルキル基を用いる場合、炭素数が８〜５０のものが好ましく、１０〜２０のもの、例えばラウリル基やステアリル基などが特に好ましい。炭素数が８未満のものは分子の大きさが小さいため、糸の微小な空孔内に入り込んでしまい、十分に性能を発現できない場合がある。またアルキル鎖の長さが５０を越えると、分子内の疎水性部分の割合が高くなるため、繊維表面に付与された場合に帯電防止性に劣る場合がある。また、溶液の溶解性や安定性を向上させるために、アルキル基の末端にアルキルエーテルを導入しオキシアルキル基としてもよい。具体的な例を挙げると、化式［Ａ］として、炭素鎖がラウリル、ステアリル、オクチル、ミリスチル、ポリオキシエチレンラウリル、ポリオキシエチレンステアリル、ポリオキシエチレンオクチル、ポリオキシエチレンミリスチル、またはそれらを主鎖とし別に側鎖をもつアルキル基であるもののスルホネートナトリウム塩またはカリウム塩、ホスフェートナトリウム塩またはカリウム塩などがあり、化式［Ｂ］には、ラウリル、ステアリル、オクチル、ミリスチル、ポリオキシエチレンラウリル、ポリオキシエチレンステアリル、ポリオキシエチレンオクチル、ポリオキシエチレンミリスチル、またはそれらを主鎖とし別に側鎖をもつアルキル基の四級アンモニウムで、対イオンが臭素イオン、塩素イオン、化式［Ａ］の残基であるラウリル、ステアリル、オクチル、ミリスチルなどのリン酸塩、硫酸塩などがある。上記の界面活性剤に加え、他のイオン系界面活性剤およびノニオン系界面活性剤、平滑剤、帯電防止剤、耐酸化防止剤などを添加して構成された混合物とすることもできる。混合比としては、上記の界面活性剤成分が７０％以上含まれていることが望ましい。７０％未満の場合、繊維に十分な絡合性を発現することができず、生産性や製品の強度が十分に得られない。

本発明の耐炎化繊維の単糸強度は、１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。強度が１．０ｃＮ／ｄｔｅｘを下回ると、生産時や紡績工程で糸切れが発生するだけではなく、該耐炎化繊維を用いて紡績糸や布帛を作成した場合、満足した強度が得られない。

本発明で得られる耐炎化繊維の単糸伸度は、２０％以上であることが好ましい。伸度が２０％を下回ると、生産時や加工工程で十分な加工性が得られない場合がある。

本発明の耐炎化繊維の捲縮数は、２〜１０山／２５ｍｍが好ましい。捲縮数が２山／２５ｍｍ未満であると、単繊維同士の絡合性が低くなるため、紡績工程においてスライバーの素抜けなどの問題が懸念され、また該耐炎化繊維を用いて紡績糸や布帛を作成した場合、満足した強度が得られない。また捲縮数が１０山／２５ｍｍを越える設定で捲縮工程を通した場合、繊維に損傷が生じ、強度が低下するために、紡績工程で単糸の破断による通過性低下や、細かく切れた繊維の浮遊による作業性悪化という問題が生じる。

本発明における耐炎化繊維の前駆体繊維として用いる繊維は特に種類は問わないが、中でも以下に示すような方法で得られるアクリロニトリル系重合体からなる繊維を用いることが好ましい。アクリロニトリル系重合体を有機溶剤あるいは無機溶剤に溶解し、通常用いられる湿式あるいは乾式にて紡糸されるもので、紡糸方法、条件には特に制限は無い。ここでアクリロニトリル重合体としては特に制限は無いが、アクリロニトリル８５重量％以上、より好ましくは９０重量％以上を含有する重合体を使用する。このアクリロニトリル系重合体としては、アクリロニトリルの単独重合体または共重合体あるいはこれらの重合体の混合重合体を使用し得る。アクリロニトリル共重合体は、アクリロニトリルと共重合しうる単量体とアクリロニトリルとの共重合生成物であり、アクリロニトリルと共重合しうる単量体としては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸エステル類、塩化ビニル、臭化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニル類、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸等の酸類およびそれらの塩類、マレイン酸イミド、フェニルマレイミド、（メタ）アクリルアミド、スチレン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル、更にはスチレンスルホン酸ソーダ、アリルスルホン酸ソーダ、β−スチレンスルホン酸ソーダ、メタアリルスルホン酸ソーダ等のスルホン基を含む重合性不飽和単量体、２−ビニルピリジン、２−メチル−５−ビニルピリジン等のピリジン基を含む重合性不飽和単量体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

前駆体繊維束はフィラメント数１０００〜１０００００本／束が好ましく、６０００〜７００００本／束がより好ましく、さらには１２０００〜４８０００本／束が好ましい。かかる範囲であることが操業性と生産効率の観点から好ましい。

本発明の耐炎化繊維束を得るには、前駆体繊維束を繊維の蓄熱切断温度より低い温度で、より好ましくは２００〜３００℃の範囲で熱処理（以下耐炎化処理という）することが好ましい。かかる耐炎化処理は段階的に昇温することがより好ましい。

またかかる耐炎化繊維束の単繊維繊度は１．５〜３ｄｔｅｘであることが好ましく、２．２〜２．４ｄｔｅｘであることがより好ましい。繊度が１．５ｄｔｅｘ未満であると耐炎化を進行させた場合に、単繊維強力の低下が大きい場合があり、紡績糸を得ることが困難になることがある。また、３ｄｔｅｘを越えると耐炎化処理時の蓄熱量が増加し、耐炎化処理時の糸切れが増加する場合がある。

また耐炎化繊維束は単繊維数１００００本／束以上の耐炎化繊維束であることが好ましい。より好ましくは１００００〜５００００本／束であり、１００００〜１０００００本／束が更に好ましい。耐炎化繊維束の単繊維数が１００００本／束に満たないと、紡績糸の生産性を高めるのが難しい場合があり、また、５０００００本／束を越えると捲縮を均一に付与できない場合がある。かかる単繊維数の耐炎化繊維束は例えば前駆体繊維束を複数本合糸して耐炎化処理することで得ることができる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。なお、本例中の捲縮数および強度測定はＪＩＳＬ１０１５に準じて行った。また、他の物性測定値は下記の方法によるものである。

粘着剥離力：使用する油剤、または繊維から抽出することにより得られた抽出液を成分濃度が１０％程度になるように調製し、１０５℃で３時間かけて絶乾することによって皮膜状の試料０．５ｇを得た。この試料を２０℃、６５％ＲＨの環境下で５時間以上調湿し、皮膜の上に静かに置いたシリコンゴム（底面の直径１５ｍｍの円筒形、重量７．６ｇ）を４０ｍｍ／分の速さで鉛直方向に引っ張り、その最大剥離力の測定を行った。

ウェブ渡り：カード工程によって開繊された繊維はドッファーより紡出されるが、その時静電気や巻き付き以外の要因でウェブが次の工程に受け渡されず、切れてしまうことがある。３分間ウェブの様子を目視で観察し、以下のように評価した。
優秀（◎）：ウェブは切れることなく安定してカードを通過
良（○）：ウェブは切れないが、受け渡しの際に垂れやゆがみが見られる
不良（△）：ウェブはカード３分間で１回以上切れる
不良（×）：ウェブはすぐに切れ、受け渡しできない。

ウェブ状態：上記のカード工程において、ドッファーより紡出されたウェブ上にネップが生じることがある。カード工程中のウェブの状態を目視で観察し、以下のように評価した。また、ウェブ渡りができないものは観察不可能として「−」と表記した。
優秀（◎）：ウェブ上にネップが発生することなくカードを通過
良（○）：ウェブ上にネップがまれに発生する
不良（△）：ウェブ上にネップがコンスタントに発生する
不良（×）：ウェブ上にネップが多発する。

落綿量：上述のカード工程において８００ｇの試料通過後にシリンダー下に落下していた落綿を採取し、その重量を量った。その値を試料１０００ｇあたりの重量に換算して、以下の４段階での判定を行い、優秀（◎）および良（○）を合格とした。
優秀（◎）：３０ｇ未満
良（○）：３０〜４５ｇ
不良（△）：４５〜６０ｇ
不可（×）：６０ｇ以上。

フライ量：上述のカード工程において、８００ｇの試料を通過させている間、ドッファーから発生し浮遊するフライを一般家庭用掃除機で吸引採取し、その重量を量った。その値を試料１０００ｇあたりの重量に換算して、以下の４段階での判定を行い、優秀（◎）および良（○）を合格とした。
優秀（◎）：０．４ｇ未満
良（○）：０．４〜１．０ｇ
不良（△）：１．０〜２．０ｇ
不可（×）：２．０ｇ以上。

ローラー付着物：上述のカード工程において、試料通過前後で、ゴムローラー表面の変化を目視での観察と、触った感じで以下の４段階で判定を行った。
優秀（◎）：付着物なく粘着性も感じられない
良（○）：付着物ないが若干粘着性が感じられる
不良（△）：少量の付着物が確認されるまたは明らかな粘着性が感じられる
不可（×）：付着物が多く確認されるまたは強い粘着性が感じられる。

実施例１
アクリロニトリル９５重量部、アクリル酸メチル4重量部、イタコン酸1重量部を共重合したポリアクリロニトリル系重合体のジメチルスルホキシド（DMSO）溶液を、６０％のDMSO水溶液中に湿式で紡出することにより得られた、比重１．０７ｇ／ｃｍ３の７．２Ｋｔｅｘ／４８０００ｆからなるアクリロニトリル系繊維束に０．２℃／分の速度で２１５〜２３０℃、更に３．０℃／分の速度で２５０〜２７０℃に昇温耐炎化を加え、単繊維繊度２．４ｄｔｅｘ、比重１．４２ｇ／ｃｍ３の耐炎化繊維を得た。かかる耐炎化繊維束を２本合糸し、１４．４Ｋｔｅｘ／９６０００ｆの耐炎化繊維束として、表１に示す油剤を浸漬付与した後、７０℃の温度のもとで捲縮を付与し、さらに５１ｍｍにカットした。得られた耐炎化繊維は強度１．２ｃNであり、上述の評価を行ったところ表２に示すように良好な紡績加工性を示した。

実施例２、比較例１〜４
付与した油剤の種類と捲縮数を表１のように変更した以外は実施例1と同様に処理した。その結果を表２に示す。本発明の耐炎化繊維はいずれも良好な紡績性を有していたのに対し、比較例の耐炎化繊維は良好な結果を示さなかった。

本発明の耐炎化繊維は、炭素繊維布帛を得るための中間材料として用いられたり、消防服、溶接火花防護シート、カーテン等のインテリア資材など、難燃性、防炎性が必要とされる分野に広く適用することができる。

Claims

単糸強度が１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、表面に付与された油剤の粘着剥離力が５０〜１５０ｇで、かつ捲縮数が２〜１０山／２５ｍｍであることを特徴とする耐炎化繊維。
付与された油剤が下記の界面活性剤成分［Ａ］および／又は［Ｂ］を含むことを特徴とする請求項１記載の耐炎化繊維。
［Ａ］（Ｒ^１）_ｎ−Ａ^ｍ−・ｍＭ^＋
［Ｂ］（Ｒ^２）_４−Ｎ^＋・ｍＢ⁻
（Ｒ^１およびＲ^２は炭素数８〜５０のアルキル基又はオキシアルキル基であって、同一または異なっていてもよい。Ａはリン酸基、スルホン酸基、硫酸基およびカルボン酸基のいずれかを示す。ＢはハロゲンもしくはＡの酸残基を示す。Ｍはアルカリ金属もしくは四級アンモニウムを示す。ｍおよびｎは１〜３の整数を示す。）