JP2010150697A - Polyimide fiber, utilization of the same, and method for producing polyimide fiber - Google Patents

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寛 藤原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a polyimide fiber having hydrolysis resistance. <P>SOLUTION: The polyimide fiber is obtained by mixing a chemical imidizing agent in a polyamide acid solution and spinning the partially imidized spinning solution by a dry spinning method. The imidizing agent preferably contains at least an imidizing catalyst. The imidizing agent further preferably contains a dehydration condensation agent. The polyimide fiber can be used for a nonwoven fabric, heat resistant filter, woven fabric, heat resistant protective cloth, or the like. Further, it is preferable to produce the polyimide fiber by spinning the partially imidized spinning solution obtained by mixing the chemical imidizing agent with the polyamide acid solution, with the dry spinning method. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はポリイミド繊維及びその利用、並びに当該ポリイミド繊維の製造方法に関する。   The present invention relates to a polyimide fiber, its use, and a method for producing the polyimide fiber.

ポリイミド繊維は一般の有機高分子樹脂の繊維に比較して高温安定性及び耐薬品性に優れることから、排ガス処理用の耐熱性バグフィルターを構成するフェルトや耐熱服用途の織布、更には、各種電気絶縁材料の基材用途の基布や補強材として広く用いられている。   Polyimide fibers are superior in high-temperature stability and chemical resistance compared to general organic polymer resin fibers, so that felts constituting heat-resistant bag filters for exhaust gas treatment, woven fabrics for heat-resistant clothing, It is widely used as a base fabric and a reinforcing material for various electric insulating materials as base materials.

従来のポリイミド繊維としては、有機溶剤可溶性のポリイミド樹脂を乾式紡糸法により紡糸したポリイミド繊維が用いられている(例えば、特許文献1参照。)。また、乾式紡糸方法によりポリイミド繊維を作製する方法(例えば、特許文献2参照)、湿式紡糸法で作製されたポリイミド繊維(例えば特許文献3参照)が知られている。
特公昭63−27444号公報(1988年6月3日公開) 特公昭42−2936号公報(1967年2月8日公開) 特公昭59−163416号公報(1984年9月14日公開)
As a conventional polyimide fiber, a polyimide fiber obtained by spinning an organic solvent-soluble polyimide resin by a dry spinning method is used (for example, see Patent Document 1). Also known are a method for producing polyimide fibers by a dry spinning method (for example, see Patent Document 2) and a polyimide fiber produced by a wet spinning method (for example, see Patent Document 3).
Japanese Patent Publication No.63-27444 (released on June 3, 1988) Japanese Patent Publication No.42-2936 (published February 8, 1967) Japanese Patent Publication No.59-163416 (published on September 14, 1984)

前記特許文献1の発明では、溶剤への溶解性を高めるために、側鎖に有機基を有し、構造内に屈曲性基を有する有機溶剤可溶性であって、しかも熱可塑性のポリイミド樹脂が用いられている。側鎖に有機基を持たせたことで有機溶剤への溶解度は高くなるものの、側鎖に有機基を持たせたことでポリイミド樹脂の耐熱性が低く、しかも、有機溶剤への耐溶剤性が低い問題があった。また、屈曲性基を有して熱可塑性のポリイミド樹脂となっているため、防護服用途に使用した場合に、高温で溶融し、皮膚等に付着する現象(ドロップ現象)が生じるので、防護服等には広くは使用できない問題があった。   In the invention of Patent Document 1, an organic solvent soluble and thermoplastic polyimide resin having an organic group in the side chain and a flexible group in the structure is used to increase the solubility in a solvent. It has been. Although the solubility in organic solvents is increased by having an organic group in the side chain, the heat resistance of the polyimide resin is low by having an organic group in the side chain, and the solvent resistance to the organic solvent is low. There was a low problem. In addition, since it is a thermoplastic polyimide resin with a flexible group, when used in protective clothing, it will melt at high temperatures and will adhere to the skin (drop phenomenon). Has a problem that cannot be used widely.

前記特許文献2記載の発明では、ピロメリット酸二無水物とジアミノジフェニルエーテルからなるポリイミド繊維を乾式紡糸方法で製造する方法が開示されている。しかし、ポリアミド酸溶液を乾式紡糸後、紡糸繊維をイミド化する前に、水への浸漬・延伸処理を行っているため、加水分解が生じて繊維がもろくなり製造工程が安定しない問題や、ポリイミド繊維が加水分解を受けているため、長期使用において加水分解が起きる等の問題があった。   The invention described in Patent Document 2 discloses a method for producing a polyimide fiber comprising pyromellitic dianhydride and diaminodiphenyl ether by a dry spinning method. However, after spinning the polyamic acid solution and before imidizing the spun fiber, it is immersed in water and stretched, which causes hydrolysis and the fiber becomes brittle, making the manufacturing process unstable. Since the fiber has undergone hydrolysis, there have been problems such as hydrolysis occurring during long-term use.

前記特許文献3記載の発明では、ピロメリット酸二無水物とジアミノジフェニルエーテルからなるポリアミド酸溶液に、硬化剤及び触媒を混合させて一部イミド化したポリアミド酸繊維を湿式紡糸方法で製造する方法が開示されている。しかし、湿式紡糸方法を採用しており、水中へ紡糸するため、特許文献2と同様に加工途中で加水分解が生じて繊維が脆くなり製造工程が安定しない問題や、長期使用において加水分解が起きる等の問題があった。   In the invention described in Patent Document 3, there is a method for producing a polyamic acid fiber partially imidized by mixing a curing agent and a catalyst with a polyamic acid solution composed of pyromellitic dianhydride and diaminodiphenyl ether by a wet spinning method. It is disclosed. However, since the wet spinning method is adopted and spinning into water, as in Patent Document 2, hydrolysis occurs during processing, the fiber becomes brittle and the manufacturing process is not stable, and hydrolysis occurs during long-term use. There was a problem such as.

本発明者らは、前記問題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、ポリアミド酸溶液に化学イミド化剤を混合して一部イミド化した紡糸原液を乾式紡糸法にて得たポリイミド繊維を用いることで、上記問題点を解決した製造工程が安定化し、加水分解耐性に高いポリイミド繊維を得ることができることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors use a polyimide fiber obtained by dry spinning a spinning stock solution partially imidized by mixing a chemical imidizing agent with a polyamic acid solution. Thus, it has been found that the production process that solves the above-mentioned problems is stabilized and a polyimide fiber having high hydrolysis resistance can be obtained.

すなわち本願発明のポリイミド繊維は、ポリアミド酸溶液に化学イミド化剤を混合して一部イミド化した紡糸溶液を乾式紡法にて紡糸して得られるポリイミド繊維である。
さらに、化学イミド化剤が、少なくとも3級アミン類を含むことを特徴とするポリイミド繊維である。
さらに、化学イミド化剤が、3級アミン類及び脂肪族カルボン酸無水物を含むことを特徴とするポリイミド繊維である。
That is, the polyimide fiber of the present invention is a polyimide fiber obtained by spinning a spinning solution, which is partially imidized by mixing a chemical imidizing agent with a polyamic acid solution, by a dry spinning method.
Furthermore, it is a polyimide fiber characterized in that the chemical imidizing agent contains at least a tertiary amine.
Further, the polyimide fiber is characterized in that the chemical imidizing agent contains a tertiary amine and an aliphatic carboxylic acid anhydride.

また、本願発明の別の発明は、前記ポリイミド繊維を用いた不織布である。   Another invention of the present invention is a nonwoven fabric using the polyimide fiber.

また、本願発明の別の発明は、前記ポリイミド繊維を用いた耐熱性フィルターである。   Another invention of the present invention is a heat resistant filter using the polyimide fiber.

また、本願発明の別の発明は、前記ポリイミド繊維を含む織布である。   Another invention of the present invention is a woven fabric containing the polyimide fiber.

また、本願発明の別の発明は、前記ポリイミド繊維を用いた耐熱性防護服である。
また、本願発明の別の発明は、上記のポリイミド繊維の製造方法であって、ポリアミド酸溶液に化学イミド化剤を混合して一部イミド化した紡糸溶液を乾式紡法にて紡糸してポリイミド繊維を製造することを特徴とするポリイミド繊維の製造方法である。
Moreover, another invention of the present invention is a heat-resistant protective clothing using the polyimide fiber.
Another invention of the present invention is a method for producing the polyimide fiber as described above, wherein a spinning solution obtained by mixing a polyimidic acid solution with a chemical imidizing agent and partially imidizing is spun by a dry spinning method to obtain a polyimide fiber. It is a manufacturing method of the polyimide fiber characterized by manufacturing.

本願発明のポリイミド繊維は耐熱性に優れ、また、これまでのポリイミド繊維では使用が困難であった過酷な加水分解耐性を必要とする条件下での使用も可能である。更には、繊維の紡糸工程が安定化する。   The polyimide fiber of the present invention is excellent in heat resistance, and can also be used under conditions requiring severe hydrolysis resistance, which has been difficult to use with conventional polyimide fibers. Furthermore, the fiber spinning process is stabilized.

本願発明のポリイミド繊維は、ポリアミド酸溶液に化学イミド化剤を混合して一部イミド化した紡糸溶液を乾式紡法にて紡糸して得られるポリイミド繊維である。   The polyimide fiber of the present invention is a polyimide fiber obtained by spinning a spinning solution obtained by partially imidizing a polyamic acid solution by mixing a chemical imidizing agent with a dry spinning method.

本願発明におけるポリアミド酸溶液について詳述する。   The polyamic acid solution in the present invention will be described in detail.

本願発明におけるポリアミド酸溶液とは、有機溶媒中で酸二無水物及びジアミンを反応させて得られるポリアミド酸溶液であって、好ましくは、酸二無水物の使用量をaモル、ジアミンの使用量をbモルとした場合に、モル比(a/b)が、0.80以上1.00未満となるように反応させることが最終的に得られるポリイミド繊維の加水分解耐性を向上させることができるので好ましい。特に好ましい範囲は、モル比が0.90以上1.00未満となるように反応させることがより好ましい。このようなモル比で反応させることでポリアミド酸溶液からポリイミドへのイミド化の際に分子量の低下が起きず、更に、ポリイミド繊維の加水分解耐性が向上するので好ましい。   The polyamic acid solution in the present invention is a polyamic acid solution obtained by reacting an acid dianhydride and a diamine in an organic solvent. Preferably, the amount of the acid dianhydride used is a mole, and the amount of the diamine used. In the case where the molar ratio (a / b) is 0.80 or more and less than 1.00, the hydrolysis resistance of the polyimide fiber finally obtained can be improved. Therefore, it is preferable. In a particularly preferable range, the reaction is more preferably performed so that the molar ratio is 0.90 or more and less than 1.00. The reaction at such a molar ratio is preferable because the molecular weight does not decrease during imidization from the polyamic acid solution to the polyimide, and the hydrolysis resistance of the polyimide fiber is further improved.

本願発明における酸二無水物とは、例えば、ピロメリット酸二無水物、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジベンゾエート−3,3´,4,4´−テトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3,4―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2´−ヘキサフルオロプロピリデンジフタル酸二無水物、3,3',4,4'―ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、4,4'―オキシジフタル酸二無水物、3,3',4,4'―ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、メチルシクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−テトラカルボキシブタン二無水物が用いられる。   The acid dianhydride in the present invention is, for example, pyromellitic dianhydride, 2,2-bis [4- (3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane dianhydride, 2,2-bis [4. -(3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] hexafluoropropane dianhydride, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane dibenzoate-3,3 ', 4,4'-tetracarboxylic dianhydride 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3,4-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2′-hexafluoropropylidenediphthalic dianhydride 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 4,4′-oxydiphthalic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, pyro Merit acid 1,2,5,6-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, methylcyclobutanetetracarboxylic dianhydride 1,2,3,4-tetracarboxybutane dianhydride is used.

特に、最終的に得られるポリイミド樹脂の耐熱性を向上させ、薬品耐性を向上し、更には、加水分解耐性を向上させるためには、芳香族系の酸二無水物である、ピロメリット酸二無水物、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物、3,3',4,4'―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3,4―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'―ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、4,4'―オキシジフタル酸二無水物、3,3',4,4'―ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物が好適に用いられる。   In particular, in order to improve the heat resistance of the finally obtained polyimide resin, improve chemical resistance, and further improve hydrolysis resistance, an aromatic acid dianhydride, pyromellitic acid 2 Anhydride, 2,2-bis [4- (3,4-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 , 4-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 4,4′-oxydiphthalic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′— Diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride is preferably used.

本願発明におけるジアミンとは、例えば、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4−ジアミノジフェニルエーテル、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4'−ジアミノジフェニルスルホン、3,3'−ジアミノジフェニルスルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、(4−アミノフェノキシフェニル)(3−アミノフェノキシフェニル)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、3,3’−ジアミノベンズアニリド、3,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ジアミノベンズアニリド、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]メタン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]メタン、[4−(4−アミノフェノキシフェニル)][4−(3−アミノフェノキシフェニル)]メタン、1,1−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,1−[4−(4−アミノフェノキシフェニル)][4−(3−アミノフェノキシフェニル)]エタン、1,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,2−[4−(4−アミノフェノキシフェニル)][4−(3−アミノフェノキシフェニル)]エタン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−[4−(4−アミノフェノキシフェニル)][4−(3−アミノフェノキシフェニル)]プロパン、2,2−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3’−ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3’−ヘキサフルオロプロパン、2,2−[4−(4−アミノフェノキシフェニル)][4−(3−アミノフェノキシフェニル)] −1,1,1,3,3,3’−ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ポリテトラメチレンオキシド−ジ−P−アミノベンゾエート、ポリ(テトラメチレン/3−メチルテトラメチレンエーテル)グリコールビス(4−アミノベンゾエート)、トリメチレン―ビス(4−アミノベンゾエート)、p-フェニレン−ビス(4−アミノベンゾエート)、m−フェニレン−ビス(4−アミノベンゾエート)、ビスフェノールA−ビス(4−アミノベンゾエート)が用いられる。   Examples of the diamine in the present invention include 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3′-diaminodiphenyl ether, 3,4-diaminodiphenyl ether, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, and 4,4′-diaminodiphenylsulfone. 3,3′-diaminodiphenylsulfone, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, (4-aminophenoxyphenyl) (3-aminophenoxyphenyl) phenyl] sulfone, bis [4- (3-amino Phenoxy) phenyl] sulfone, 3,3′-diaminobenzanilide, 3,4′-diaminobenzanilide, 4,4′-diaminobenzanilide, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] methane, bis [4 -(4-aminophenoxy) phenyl] methane, [ -(4-aminophenoxyphenyl)] [4- (3-aminophenoxyphenyl)] methane, 1,1-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,1-bis [4- (4 -Aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,1- [4- (4-aminophenoxyphenyl)] [4- (3-aminophenoxyphenyl)] ethane, 1,2-bis [4- (3-aminophenoxy) Phenyl] ethane, 1,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,2- [4- (4-aminophenoxyphenyl)] [4- (3-aminophenoxyphenyl)] ethane, 2,2-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2- [4- (4-aminophenoxyphene) )] [4- (3-aminophenoxyphenyl)] propane, 2,2-bis [3- (3-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3′-hexafluoropropane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3′-hexafluoropropane, 2,2- [4- (4-aminophenoxyphenyl)] [ 4- (3-aminophenoxyphenyl)]-1,1,1,3,3,3′-hexafluoropropane, 1,4-bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (4-amino) Phenoxy) benzene, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 4,4′-bis (4-aminophenoxy) biphenyl, 4,4′-bis (3-aminophenoxy) biphenyl, bis [4- ( 3-Aminophenoxy) Nyl] ketone, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ketone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ether, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ether, polytetramethylene oxide -Di-P-aminobenzoate, poly (tetramethylene / 3-methyltetramethylene ether) glycol bis (4-aminobenzoate), trimethylene-bis (4-aminobenzoate), p-phenylene-bis (4-aminobenzoate) M-phenylene-bis (4-aminobenzoate), bisphenol A-bis (4-aminobenzoate) are used.

特に、最終的に得られるポリイミド樹脂の耐熱性を向上させ、薬品耐性を向上し、更には、加水分解耐性を向上させるためには、芳香族系のジアミンである、4,4−ジアミノジフェニルエーテル、3,4−ジアミノジフェニルエーテル、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]メタン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼンが好適に用いられる。   In particular, in order to improve the heat resistance of the finally obtained polyimide resin, improve chemical resistance, and further improve hydrolysis resistance, an aromatic diamine, 4,4-diaminodiphenyl ether, 3,4-diaminodiphenyl ether, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- ( 4-Aminophenoxy) phenyl] methane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, and 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene are preferably used.

特に本願発明に用いられるポリアミド酸溶液は、耐熱性、耐薬品性、加水分解耐性が優れることから下記の組み合わせのポリアミド酸溶液が好ましく用いられる。
1.ピロメリット酸二無水物と4,4−ジアミノジフェニルエーテルからなるポリアミド酸溶液。
2.ピロメリット酸二無水物と4,4−ジアミノジフェニルエーテル、p−フェニレンジアミンからなるポリアミド酸溶液。
3.3,3',4,4'―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンからなるポリアミド酸溶液。
4.3,3',4,4'―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と4,4−ジアミノジフェニルエーテル及び、p−フェニレンジアミンからなるポリアミド酸溶液。
5.3,3',4,4'―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物と4,4−ジアミノジフェニルエーテル及び、p−フェニレンジアミンからなるポリアミド酸溶液。
6.3,3',4,4'―ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンからなるポリアミド酸溶液。
7.3,3',4,4'―ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と4,4−ジアミノジフェニルエーテル及び、p−フェニレンジアミンからなるポリアミド酸溶液。
8.3,3',4,4'―ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物と4,4−ジアミノジフェニルエーテル及び、p−フェニレンジアミンからなるポリアミド酸溶液。
In particular, since the polyamic acid solution used in the present invention is excellent in heat resistance, chemical resistance and hydrolysis resistance, a polyamic acid solution having the following combination is preferably used.
1. A polyamic acid solution comprising pyromellitic dianhydride and 4,4-diaminodiphenyl ether.
2. A polyamic acid solution comprising pyromellitic dianhydride, 4,4-diaminodiphenyl ether, and p-phenylenediamine.
3. A polyamic acid solution comprising 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride and p-phenylenediamine.
4. A polyamic acid solution comprising 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 4,4-diaminodiphenyl ether, and p-phenylenediamine.
5. A polyamic acid solution comprising 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, pyromellitic dianhydride and 4,4-diaminodiphenyl ether, and p-phenylenediamine.
6. A polyamic acid solution comprising 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride and p-phenylenediamine.
7. A polyamic acid solution comprising 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 4,4-diaminodiphenyl ether, and p-phenylenediamine.
8. A polyamic acid solution composed of 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, pyromellitic dianhydride, 4,4-diaminodiphenyl ether, and p-phenylenediamine.

また、上記ポリアミド酸溶液の合成に用いられる有機溶剤としては、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、γ―ブチロラクトン等の有機極性アミド系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等の水溶性エーテル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、アセトニトリル、プロピオニトリル等の水溶性ニトリル系溶剤、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒が用いられる。これらの溶剤を単独で使用しても、2種以上を混合して用いても良い。   Examples of the organic solvent used in the synthesis of the polyamic acid solution include organic polar amide solvents such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and γ-butyrolactone, tetrahydrofuran Water-soluble ether solvents such as dioxane and dioxolane, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, water-soluble nitrile solvents such as acetonitrile and propionitrile, and aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide are used. These solvents may be used alone or in combination of two or more.

特に、本願発明の乾式紡糸方法では、乾燥温度の観点からN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジオキソラン、アセトンが好適に用いられる。   In particular, in the dry spinning method of the present invention, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, dioxolane, and acetone are preferably used from the viewpoint of the drying temperature.

また、本願発明のポリアミド酸溶液のポリマー濃度としては、固形分濃度として1〜50重量%、特に好ましくは10〜30重量%である。本願発明における固形分濃度とは、固形分濃度=(ポリアミド酸溶液中の酸二無水物重量+ポリアミド酸溶液中のジアミン重量)÷(ポリアミド酸溶液の重量)×100の算出式から算出される値である。   The polymer concentration of the polyamic acid solution of the present invention is 1 to 50% by weight, particularly preferably 10 to 30% by weight, as the solid content concentration. The solid content concentration in the present invention is calculated from a calculation formula of solid content concentration = (weight of acid dianhydride in polyamic acid solution + weight of diamine in polyamic acid solution) ÷ (weight of polyamic acid solution) × 100. Value.

尚、ポリアミド酸溶液の粘度は、B型粘度計で測定した場合に、23℃で100ポイズ以上10000ポイズ以下の粘度を有することが紡糸したときに安定して紡糸できるので好ましい。特に好ましくは、粘度は200ポイズ以上6000ポイズ以下、特に好ましい溶液粘度は500ポイズ以上4000ポイズ以下に制御することが紡糸を安定化させる上で好ましい。また、本願発明においてポリアミド酸溶液に化学イミド化剤を混合して一部イミド化を行う場合、溶剤への溶解性が低下するので上記粘度よりも高い紡糸原液となる。   The viscosity of the polyamic acid solution is preferably 100 poise or more and 10,000 poise or less at 23 ° C. when measured with a B-type viscometer because spinning can be performed stably. Particularly preferably, the viscosity is controlled to be 200 poise or more and 6000 poise or less, and the particularly preferable solution viscosity is preferably 500 poise or more and 4000 poise or less in order to stabilize spinning. In the present invention, when a partial imidization is carried out by mixing a polyamic acid solution with a polyamic acid solution, the solubility in a solvent is lowered, so that the spinning dope becomes higher than the above viscosity.

このような粘度に制御するためには、上記の酸二無水物とジアミンのモル比を適宜変更することにより溶液粘度を調整することができる。特に本願発明において好ましいポリアミド酸溶液の重合方法は、ジアミンを有機溶剤に溶解した溶液中に、酸二無水物をモル比で0.80以下の条件で添加し反応させる。次いで、酸二無水物を有機溶剤に溶解した溶液を攪拌しながら添加しポリアミド酸溶液の粘度が上記の範囲内になるように粘度を調整することで適した粘度のポリアミド酸溶液を作製することができる。   In order to control to such a viscosity, the solution viscosity can be adjusted by appropriately changing the molar ratio of the acid dianhydride and the diamine. In particular, in the preferred polyamic acid solution polymerization method in the present invention, acid dianhydride is added and reacted in a molar ratio of 0.80 or less in a solution in which diamine is dissolved in an organic solvent. Next, a solution of acid dianhydride dissolved in an organic solvent is added with stirring, and the viscosity is adjusted so that the viscosity of the polyamic acid solution is within the above range, thereby preparing a polyamic acid solution having a suitable viscosity. Can do.

尚、ポリアミド酸の重合条件としては、不活性ガス雰囲気下で−20〜60℃、好ましくは0〜50℃で反応させることで、目的とするポリアミド酸溶液を重合することができる。   In addition, as polymerization conditions of polyamic acid, the target polyamic acid solution can be polymerized by reacting at −20 to 60 ° C., preferably 0 to 50 ° C. in an inert gas atmosphere.

更に、上記ポリアミド酸溶液は、各種フィラー、酸化防止剤、難燃剤、消泡剤、潤滑材、着色剤等を1種あるいは2種以上、混合しておくこともできる。   Furthermore, the said polyamic acid solution can also mix 1 type, or 2 or more types of various fillers, antioxidant, a flame retardant, an antifoamer, a lubricant, a coloring agent, etc.

本願発明における化学イミド化剤とは、ポリアミド酸溶液を低温でイミド化させることができる試薬を指し、イミド化を促進するイミド化触媒もしくは、イミド化触媒に加えて脱水縮合剤を併用したイミド化剤を意味する。本願発明において好適に用いることのできるイミド化触媒としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン、ピコリン、キノリン、イソキノリン等の3級アミン類や、m−アミノ安息香酸や、p−アミノ安息香酸等の安息香酸類、p-ヒドロキシベンゼンスルホン酸、p-アミノフェノール、p-ヒドロキシベンズアルデヒド等のヒドロキシ類、m−ヒドロキシ安息香酸、p−ヒドロキシ安息香酸、2,4−ジヒドロキシ安息香酸、p−ヒドロキシフェニル酢酸等のヒドロキシ酸類等である。本願発明においては、イミド化効率が良く、乾式紡糸の際に紡糸塔内で揮発して、紡糸後の繊維内に残留しにくいイミド化触媒として、3級アミン類を用いることが特に好ましい。更に好ましくは、3級アミン類の中でもトリエチルアミン、ピリジン、ピコリンを用いることが好ましい。
上記の脱水縮合剤としては、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸等の脂肪族カルボン酸無水物や、無水安息香酸等の芳香族カルボン酸無水物、更には、濃硫酸、無水硫酸、発煙硫酸等の無機酸を用いることができる。
紡糸塔内で揮発して除去が可能な脂肪族カルボン酸無水物を用いることが好ましい。特に、無水酢酸を用いることを好ましい。
本願発明においては、化学イミド化剤を用いて一部イミド化したポリアミド酸溶液を作製する方法として、例えば、ポリアミド酸溶液中に、化学イミド化剤であるイミド化触媒を混合して加熱してイミド化を行う方法や、イミド化触媒と脱水縮合剤を混合して適宜加熱しながらイミド化を行う方法を用いることができる。
The chemical imidization agent in the present invention refers to a reagent that can imidize a polyamic acid solution at a low temperature, and an imidization catalyst that promotes imidization or imidization using a dehydration condensing agent in addition to an imidization catalyst. Means an agent. Examples of the imidization catalyst that can be suitably used in the present invention include tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, pyridine, picoline, quinoline, and isoquinoline, m-aminobenzoic acid, p-aminobenzoic acid, and the like. Benzoic acids, hydroxys such as p-hydroxybenzenesulfonic acid, p-aminophenol, p-hydroxybenzaldehyde, m-hydroxybenzoic acid, p-hydroxybenzoic acid, 2,4-dihydroxybenzoic acid, p-hydroxyphenylacetic acid, etc. Hydroxy acids and the like. In the present invention, it is particularly preferable to use a tertiary amine as an imidization catalyst that has good imidization efficiency, volatilizes in the spinning tower during dry spinning, and hardly remains in the fiber after spinning. More preferably, among tertiary amines, triethylamine, pyridine, and picoline are preferably used.
Examples of the dehydrating condensing agent include aliphatic carboxylic acid anhydrides such as acetic anhydride, propionic anhydride and butyric anhydride, aromatic carboxylic acid anhydrides such as benzoic anhydride, and concentrated sulfuric acid, sulfuric anhydride, Inorganic acids such as fuming sulfuric acid can be used.
It is preferable to use an aliphatic carboxylic acid anhydride that can be removed by volatilization in a spinning tower. In particular, it is preferable to use acetic anhydride.
In the present invention, as a method of preparing a polyamic acid solution partially imidized using a chemical imidizing agent, for example, an imidization catalyst that is a chemical imidizing agent is mixed and heated in a polyamic acid solution. A method of performing imidization or a method of performing imidization while mixing an imidization catalyst and a dehydrating condensing agent and heating appropriately can be used.

イミド化触媒を添加して加熱する方法の場合には、ポリアミド酸のアミド基1モルに対して、イミド化触媒を0.01モル以上3.00モル以下の割合で混合して、50℃以上200℃以下の温度範囲で加熱することで一部イミド化したポリアミド酸溶液を作製できる。イミド化触媒は、0.01モル以上混合することでイミド化が起こり易く、3.00モル以下の範囲に制御することでポリアミド酸溶液に均一にイミド化触媒が溶解できるので好ましい。また、好ましい温度範囲は50℃以上200℃以下で行うことがイミド化を効率良く行えるので好ましく、より好ましい温度範囲は60℃以上180℃以下で行うことが好ましい。温度が高すぎるとポリアミド酸溶液の分解反応が進行するので好ましくない。  In the case of heating by adding an imidization catalyst, the imidization catalyst is mixed at a ratio of 0.01 mol or more and 3.00 mol or less with respect to 1 mol of the amide group of the polyamic acid, and 50 ° C. or more. A partially imidized polyamic acid solution can be produced by heating in a temperature range of 200 ° C. or lower. The imidation catalyst is preferably mixed with 0.01 mol or more, so that imidization is likely to occur, and the imidization catalyst can be uniformly dissolved in the polyamic acid solution by controlling it in the range of 3.00 mol or less. Moreover, it is preferable that the temperature range is 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower because imidization can be efficiently performed, and a more preferable temperature range is 60 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. An excessively high temperature is not preferable because the decomposition reaction of the polyamic acid solution proceeds.

イミド化触媒と脱水縮合剤を混合してイミド化を行う場合には、ポリアミド酸のアミド基1モルに対して、イミド化触媒を0.01モル以上3.00モル以下の割合で混合した後に、脱水縮合剤を0.01モル以上0.50モル以下の割合で混合し、攪拌混合することでポリアミド酸溶液の一部をイミド化することが好ましい。化学イミド化剤として0.01モル以上混合することでイミド化が効率良く起きるので好ましい。イミド化触媒は3.00モル以下に制御することでイミド化触媒混合後のポリアミド酸溶液へイミド化触媒が均一に溶解するので好ましい。脱水縮合剤は、0.01モル以上混合することでイミド化を進めることができ、0.50モル以下の割合で混合することでイミド化したポリアミド酸溶液が溶剤に溶解できるので好ましい。特に好ましくは、イミド化触媒を0.05モル以上0.7モル以下の割合で混合し、脱水縮合剤を0.05モル以上0.40モル以下の割合で混合することが好ましい。このイミド化方法の場合には溶液温度を、10℃以上150℃以下の温度範囲で行うことが好ましく、より好ましくは、20℃以上100℃以下の温度範囲でイミド化することが好ましい。加熱する温度が高すぎる場合には脱水縮合剤が揮発して効率が低下する、或いは、ポリアミド酸溶液が分解する等の問題が生じる場合があるので好ましくない。  When imidization is performed by mixing an imidization catalyst and a dehydrating condensing agent, after mixing the imidization catalyst in a ratio of 0.01 mol to 3.00 mol with respect to 1 mol of the amide group of the polyamic acid. It is preferable to imidize a part of the polyamic acid solution by mixing the dehydrating condensing agent at a ratio of 0.01 mol to 0.50 mol and stirring and mixing. Mixing 0.01 mol or more as a chemical imidating agent is preferable because imidization occurs efficiently. The imidation catalyst is preferably controlled to 3.00 mol or less because the imidization catalyst is uniformly dissolved in the polyamic acid solution after mixing the imidization catalyst. The dehydrating condensing agent is preferred because imidization can be promoted by mixing at 0.01 mol or more, and an imidized polyamic acid solution can be dissolved in the solvent by mixing at a ratio of 0.50 mol or less. Particularly preferably, the imidization catalyst is mixed in a proportion of 0.05 mol or more and 0.7 mol or less, and the dehydration condensing agent is mixed in a proportion of 0.05 mol or more and 0.40 mol or less. In the case of this imidization method, the solution temperature is preferably in the temperature range of 10 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, more preferably in the temperature range of 20 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. If the heating temperature is too high, the dehydrating condensing agent volatilizes and the efficiency is lowered, or problems such as decomposition of the polyamic acid solution may occur.

また、本願発明においては、ポリイミド繊維の加水分解耐性を向上させる目的で、鋭意検討した結果、ポリアミド酸溶液中に化学イミド化剤を混合して一部イミド化したポリアミド酸溶液を紡糸することで、加水分解耐性を向上できることを見出した。  In addition, in the present invention, as a result of intensive studies for the purpose of improving the hydrolysis resistance of polyimide fibers, a polyamic acid solution mixed with a chemical imidizing agent in a polyamic acid solution is spun into a partially polyamic acid solution. It was found that hydrolysis resistance can be improved.

本願発明においては、より効率よく低温でイミド化を進めることがポリアミド酸の分子量を低下することなくイミド化が行えるので好ましく、そのような方法としては、イミド化触媒と脱水縮合剤を併用するイミド化方法を用いることが好ましい。また、ポリアミド酸溶液の分子量が低下すると紡糸の安定性が低下するので好ましくない。  In the present invention, it is preferable to proceed with imidization more efficiently at a low temperature because imidization can be performed without lowering the molecular weight of the polyamic acid. As such a method, an imidization catalyst and a dehydration condensing agent are used in combination. It is preferable to use the crystallization method. Further, when the molecular weight of the polyamic acid solution is lowered, spinning stability is lowered, which is not preferable.

また、本願発明においては、化学イミド化剤はポリアミド酸溶液の重合を行った後に、その溶液内に混合する方法や、紡糸直前にポリアミド酸溶液と化学イミド化剤を混合する方法等の種々の方法を採用することができる。   In the invention of the present application, the chemical imidizing agent is polymerized in a polyamic acid solution and then mixed in the solution, or the polyimidic acid solution and the chemical imidizing agent are mixed just before spinning. The method can be adopted.

紡糸原液の安定性の観点から、化学イミド化剤は紡糸直前に混合することが好ましい。    From the viewpoint of the stability of the spinning dope, the chemical imidizing agent is preferably mixed immediately before spinning.

すなわち、本願発明のポリイミド繊維の特徴である加水分解耐性の指標である150℃/100%RH/48時間の条件下で処理した後の破断強度保持率を80%以上に制御するためには、ポリアミド酸溶液に化学イミド化剤を混合して一部イミド化したポリアミド酸溶液を用いて、乾式紡糸工程、加熱・延伸・イミド化工程において積極的な水分の接触を行わないように制御することで、加水分解耐性の指標である150℃/100%RH/48時間の条件下で処理した後の破断強度保持率が80%以上に制御することができることを見出した。上記加水分解試験後の破断強度保持率が80%以上である場合には、例えば不織布として成形されてバグフィルターとして使用される場合には、高温・高湿条件で使用されるが、このような条件で3年以上安定して使用することができるので好ましい。また、織布に成形された後に、防護服(例えば消防服等)に加工されて使用された場合、一般的な実使用年数(5年)よりも長い間使用しても、繊維に劣化が見られなくなるので好ましい。  That is, in order to control the breaking strength retention after processing under conditions of 150 ° C./100% RH / 48 hours, which is an index of hydrolysis resistance, which is a characteristic of the polyimide fiber of the present invention, to 80% or more, Using a polyamic acid solution that has been partially imidized by mixing a chemical imidizing agent with the polyamic acid solution, and controlling so as not to actively contact moisture in the dry spinning process, heating, stretching, and imidization process. Thus, it was found that the fracture strength retention after treatment under conditions of 150 ° C./100% RH / 48 hours, which is an index of hydrolysis resistance, can be controlled to 80% or more. When the breaking strength retention after the hydrolysis test is 80% or more, for example, when it is formed as a nonwoven fabric and used as a bag filter, it is used under high temperature and high humidity conditions. It is preferable because it can be used stably for 3 years or more under conditions. In addition, when it is used after being formed into a woven fabric and processed into protective clothing (for example, fire-fighting clothing), the fiber will deteriorate even if it is used for a longer period than the general actual use years (5 years). This is preferable because it cannot be seen.

本願発明における一部イミド化したポリアミド酸溶液とは、ポリアミド酸溶液中のアミド基の一部がイミド化しているポリアミド酸溶液であって、イミド化が進むとポリアミド酸溶液が淡黄色から黄色、もしくは赤色に着色することで一部イミド化していることを確認することができる。更に例えば、一部イミド化したポリアミド酸溶液をフィルムに成形した後に、メタノール溶液中で溶剤及び、イミド化剤を抽出した後に赤外分光装置で測定を行いイミド基由来の吸収ピークを観測することでイミド化が進んでいることを確認することもできる。  The partially imidized polyamic acid solution in the present invention is a polyamic acid solution in which a part of the amide group in the polyamic acid solution is imidized, and when the imidization proceeds, the polyamic acid solution is pale yellow to yellow, Or it can confirm that it is partially imidized by coloring red. Furthermore, for example, after forming a partially imidized polyamic acid solution into a film, extracting the solvent and imidizing agent in a methanol solution, and then measuring with an infrared spectrometer to observe the absorption peak derived from the imide group It can also be confirmed that imidization is progressing.

本願発明においては、一般的な乾式紡糸法を用いることができる。特に、本願発明の乾式紡糸では、紡糸塔内での水の接触を極力抑えるために、アルゴンガスやチッソガス等の不活性ガスもしくは、乾燥空気中で紡糸することが最終的に得られるポリイミド繊維の加水分解耐性を向上させる上で好ましい。   In the present invention, a general dry spinning method can be used. In particular, in the dry spinning of the present invention, in order to suppress the contact of water in the spinning tower as much as possible, an inert gas such as argon gas or nitrogen gas or a polyimide fiber finally obtained by spinning in dry air is used. It is preferable for improving hydrolysis resistance.

具体的な紡糸方法の一例を図示しながら説明する。   An example of a specific spinning method will be described with reference to the drawings.

本願発明における乾式紡糸とは、図1に示す様に、紡糸直後に気流中に紡糸繊維を放出して気流中の熱交換及び溶剤交換により紡糸繊維中の溶剤を揮発させ、それぞれの紡糸繊維同士が結合しないようにする紡糸方法である。   As shown in FIG. 1, the dry spinning in the present invention means that the spun fibers are discharged into the air stream immediately after spinning and the solvent in the spun fibers is volatilized by heat exchange and solvent exchange in the air stream. This is a spinning method that prevents bonding.

より具体的には、紡糸原液(一部イミド化したポリアミド酸溶液)は、紡糸用の紡糸口金1に供給されて、紡糸口金1に開けられたオリフィス(孔)2から気流中に吐出される。オリフィス2の直径は、必要とする繊維径により適宜選定することができる。直径が0.01mm以上5.00mm以下の円形のオリフィス径であることが好ましい。特に好ましい範囲は、直径が0.05mm以上2.00mm以下の範囲である。このような範囲にすることでポリアミド酸溶液の吐出時の圧力を低く抑えることができるので好ましい。また、紡糸口金1の、オリフィスの孔数は10ホール以上800ホール以下であることが好ましい。オリフィスの孔数が多い程、紡糸繊維量を多くできるが塔内の溶剤量が多くなるので上記範囲内で紡糸することが好ましい。   More specifically, the spinning solution (partially imidized polyamic acid solution) is supplied to the spinning nozzle 1 and discharged from the orifice (hole) 2 opened in the spinning nozzle 1 into the air stream. . The diameter of the orifice 2 can be appropriately selected depending on the required fiber diameter. A diameter of a circular orifice having a diameter of 0.01 mm or more and 5.00 mm or less is preferable. A particularly preferable range is a range in which the diameter is 0.05 mm or more and 2.00 mm or less. Such a range is preferable because the pressure at the time of discharging the polyamic acid solution can be kept low. Further, the number of orifices in the spinneret 1 is preferably 10 holes or more and 800 holes or less. As the number of holes in the orifice increases, the amount of spun fibers can be increased, but the amount of solvent in the tower increases, so it is preferable to spin within the above range.

紡糸口金への紡糸原液の送液量は適宜選定することが好ましい。   It is preferable to appropriately select the amount of the stock solution for spinning to the spinneret.

紡糸塔内の気流は気流発生装置3から発生する気流であって、紡糸円筒4の内部温度を紡糸繊維から溶剤を揮発させる温度に加熱される。本願発明における紡糸円筒4の内部温度は、20℃以上300℃以下であることが好ましく、特に30℃以上260℃以下であることが好ましい。紡糸円筒4内の温度が高い場合には、紡糸直後の繊維の粘度が低くなり繊維形状を維持できないので好ましくない。一方、紡糸円筒4内の温度が低い場合には、溶剤の揮発量が少なく紡糸繊維同士が結合し易くなるので好ましくない。紡糸円筒4内の加熱には、気流発生装置3から高温給気を供給することで紡糸円筒4内の温度を昇温することもできるが、紡糸塔の側面に熱源ヒーターを配置しておき、壁面から内部のガスを加熱する仕組みを取ることが安全上好ましい。また、気流発生装置3から発生する気流は、アルゴンガスやチッソガス等の不活性ガスもしくは、乾燥空気であることが好ましく、特に、溶剤ガスの爆発等の観点から、アルゴンガスやチッソガス等の不活性ガスであることが好ましい。  The airflow in the spinning tower is an airflow generated from the airflow generator 3, and the internal temperature of the spinning cylinder 4 is heated to a temperature at which the solvent is volatilized from the spun fiber. The internal temperature of the spinning cylinder 4 in the present invention is preferably 20 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, and particularly preferably 30 ° C. or higher and 260 ° C. or lower. When the temperature in the spinning cylinder 4 is high, the viscosity of the fiber immediately after spinning becomes low and the fiber shape cannot be maintained, which is not preferable. On the other hand, when the temperature in the spinning cylinder 4 is low, it is not preferable because the volatilization amount of the solvent is small and the spinning fibers are easily bonded to each other. For heating in the spinning cylinder 4, the temperature in the spinning cylinder 4 can be raised by supplying high-temperature air supply from the airflow generator 3, but a heat source heater is disposed on the side of the spinning tower, It is preferable for safety to take a mechanism for heating the gas inside from the wall surface. The air flow generated from the air flow generator 3 is preferably an inert gas such as argon gas or nitrogen gas, or dry air, and particularly inert gas such as argon gas or nitrogen gas from the viewpoint of explosion of the solvent gas. A gas is preferred.

オリフィス2から吐出された一部イミド化したポリアミド酸溶液は、紡糸円筒4内で乾燥される。乾燥されて繊維形状に成型されたポリアミド酸繊維5は円筒装置から外部に取り出す際にはツイスター6等を用いて撚りをかけながら、トウの形でボビンにて巻き取られる。巻き取り装置7でボビンに巻き取られる紡糸繊維8は、紡糸塔内で加熱され紡糸原液以上にイミド化が進んでいることが好ましい。また、このときの紡糸繊維8中の残存溶剤割合は1%以上70%以下であることが好ましい。本願発明における残存溶剤割合とは、得られた紡糸繊維8の一部をサンプリングして重量を量り取りその重量をWa(g)、当該サンプルを350℃の加熱オーブン中で20分間乾燥した後の重量をWb(g)とした場合に、残存溶剤割合は、(Wa−Wb)÷Wb×100の算出式より算出される値である。   The partially imidized polyamic acid solution discharged from the orifice 2 is dried in the spinning cylinder 4. The polyamic acid fiber 5 which has been dried and formed into a fiber shape is taken up by a bobbin in the form of a tow while being twisted using a twister 6 or the like when taken out from the cylindrical device. The spinning fiber 8 wound on the bobbin by the winding device 7 is preferably heated in the spinning tower and imidized more than the spinning stock solution. Moreover, it is preferable that the residual solvent ratio in the spinning fiber 8 at this time is 1% or more and 70% or less. The residual solvent ratio in the present invention means that a part of the obtained spun fiber 8 is sampled and weighed, the weight is Wa (g), and the sample is dried in a heating oven at 350 ° C. for 20 minutes. When the weight is Wb (g), the residual solvent ratio is a value calculated from a calculation formula of (Wa−Wb) ÷ Wb × 100.

尚、本願発明における上記ポリアミド酸繊維の製造工程においては残存溶剤割合が上記範囲内になるように紡糸塔内の温度、紡糸原液量、紡糸本数、紡糸速度、塔内に送る気流量を適宜選定することが好ましい。   In the production process of the polyamic acid fiber in the present invention, the temperature in the spinning tower, the amount of spinning solution, the number of spinning, the spinning speed, and the air flow rate sent to the tower are appropriately selected so that the residual solvent ratio is within the above range. It is preferable to do.

<加熱・延伸・イミド化工程>
上記紡糸繊維8は、公知公用の装置を用いて加熱・延伸・イミド化処理を行うことでポリイミド繊維を得ることができる。より具体的な加熱・延伸・イミド化装置の一例を図2に図示しながら説明を行う。
<Heating, stretching and imidization process>
The spinning fiber 8 can obtain a polyimide fiber by performing heating, stretching, and imidization using a publicly known apparatus. An example of a more specific heating / stretching / imidizing apparatus will be described with reference to FIG.

本願発明における加熱・延伸・イミド化処理とは、図2に示す様に、紡糸繊維8を搬送方向16の方向に繰り出しながら、加熱・延伸処理装置17内で加熱・延伸処理を行い、引き続き加熱・イミド化処理装置18内で、加熱することにより延伸処理装置内で揮発できなかった溶剤を完全に除去すると共に、紡糸繊維8を完全にイミド化することでポリイミド繊維15を得る処理工程である。   As shown in FIG. 2, the heating / stretching / imidization treatment in the present invention is performed by heating / stretching in the heating / stretching processing device 17 while feeding the spun fiber 8 in the conveying direction 16 and then heating. In the imidation treatment device 18, this is a treatment step for completely removing the solvent that could not be volatilized in the drawing treatment device by heating and obtaining the polyimide fiber 15 by completely imidizing the spun fiber 8. .

紡糸繊維8は、繰り出しロール9により引き出される。この時の繰り出し速度をRa(m/分)とする。繰り出されたポリアミド酸繊維は、加熱・延伸炉10内を通過し、速度コントローラー11を経て、搬送ロール12により次の加熱・イミド化炉13に搬送される。搬送ロール12の搬送速度をRb(m/分)とする。本願発明における延伸倍率は、上記繰り出しロール9と搬送ロール12の速度から、Rb÷Raで算出される値である。   The spun fiber 8 is drawn out by a feeding roll 9. The feeding speed at this time is Ra (m / min). The fed polyamic acid fiber passes through the heating / stretching furnace 10, passes through the speed controller 11, and is transported to the next heating / imidization furnace 13 by the transporting roll 12. Let the conveyance speed of the conveyance roll 12 be Rb (m / min). The draw ratio in the present invention is a value calculated by Rb ÷ Ra from the speeds of the feed roll 9 and the transport roll 12.

本願発明においては、延伸倍率が1.0倍以上であることが好ましく、特に1.0倍以上3.0倍以下の範囲で延伸することが好ましい。上記の範囲内に制御することで最終的に得られるポリイミド繊維の破断伸度が10%以上100%以下、破断強度が、1.0cN/dtex以上8.0cN/dtexの範囲に制御できるので好ましい。   In the present invention, the draw ratio is preferably 1.0 times or more, and particularly preferably drawn in the range of 1.0 times to 3.0 times. By controlling within the above range, the polyimide fiber finally obtained has a breaking elongation of 10% to 100%, and a breaking strength of 1.0 cN / dtex to 8.0 cN / dtex can be preferably controlled. .

破断伸度を10%以上100%以下に制御することによりポリイミド繊維を織布に成形した際に、繊維同士のこすれに対して強く破れにくくなるので好ましい。また、破断強度が1.0cN/dtex以上8.0cN/dtexの範囲に制御することによりポリイミド繊維を織布に成形する際の端子(繊維)の破断が生じにくくなるので好ましい。   By controlling the elongation at break to 10% or more and 100% or less, it is preferable because polyimide fibers are formed into a woven fabric and are not easily broken against the rubbing of the fibers. Further, it is preferable to control the breaking strength within the range of 1.0 cN / dtex or more to 8.0 cN / dtex because the terminal (fiber) is hardly broken when the polyimide fiber is formed into a woven fabric.

尚、速度コントローラー11は、RbとRaの速度を適宜調整するものである。速度コントローラーは、可変荷重をかけることのできるダンサーロールであることが好ましく、速度に応じて荷重を変動させることにより炉内でのフィルムの張力をコントロールするものである。   The speed controller 11 appropriately adjusts the speeds of Rb and Ra. The speed controller is preferably a dancer roll capable of applying a variable load, and controls the film tension in the furnace by varying the load according to the speed.

延伸・加熱炉10内の雰囲気温度は140℃以上で延伸処理を行う事が好ましく、より好ましくは、140℃以上300℃以下の温度範囲で延伸処理を行う事が好ましい。延伸を上記温度範囲内で行うと短時間で斑無く繊維内部まで温度を行き渡らせることができ、トウ全体に均一の延伸倍率で延伸できるので好ましい。また、上記温度にすることで紡糸繊維の弾性率が低下し、延伸しやすくなるので好ましい。この延伸・加熱炉10の加熱は遠赤外線を用いた輻射加熱炉や、熱風による加熱炉、マイクロ波を用いた加熱炉、更には、加熱ロールを内部に含むロール式加熱炉であってもよく、加熱方式には特に限定がない。   It is preferable to perform the stretching process at an atmospheric temperature in the stretching / heating furnace 10 of 140 ° C. or higher, and more preferably to perform the stretching process in a temperature range of 140 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. If the stretching is performed within the above temperature range, the temperature can be spread to the inside of the fiber without spotting in a short time, and it can be stretched at a uniform stretching ratio over the entire tow. Moreover, since the elasticity modulus of a spinning fiber falls and it becomes easy to extend | stretch by making it the said temperature, it is preferable. The drawing / heating furnace 10 may be heated by a radiant heating furnace using far-infrared rays, a heating furnace using hot air, a heating furnace using microwaves, or a roll heating furnace containing a heating roll. The heating method is not particularly limited.

紡糸繊維は上記加熱・延伸処理工程を経て、加熱・イミド化工程に搬送されて加熱・イミド化反応が行われる。   The spun fiber is transported to the heating / imidization process through the heating / stretching process and subjected to a heating / imidization reaction.

加熱・イミド化工程における加熱・イミド化炉13は紡糸繊維に残存している溶剤を完全に除去すると共に、イミド化反応を進めるために使用される。加熱・イミド化炉13は、1つの加熱炉でもよく、複数の加熱炉からなるものであっても良い。   The heating / imidizing furnace 13 in the heating / imidizing step is used to completely remove the solvent remaining in the spun fiber and advance the imidization reaction. The heating / imidization furnace 13 may be a single heating furnace or a plurality of heating furnaces.

特に、ポリイミド繊維のイミド化を進める上では2台以上の炉を直列で使用して、ポリアミド酸繊維を炉の内部で往復させることにより長時間でゆっくりとイミド化を行うことができるので好ましい。この加熱・イミド化炉13は、遠赤外線を用いた輻射加熱炉や、熱風による加熱炉、マイクロ波を用いた加熱炉、更には、加熱ロールを内部に含むロール式加熱炉であってもよく、加熱方式には特に限定がない。   In particular, in order to proceed with imidization of polyimide fibers, it is preferable that two or more furnaces are used in series and the polyamic acid fibers are reciprocated inside the furnace so that imidization can be performed slowly over a long period of time. The heating / imidizing furnace 13 may be a radiation heating furnace using far infrared rays, a heating furnace using hot air, a heating furnace using microwaves, or a roll heating furnace including a heating roll inside. The heating method is not particularly limited.

加熱・イミド化炉13が複数の加熱炉からなっている場合、低温から高温へと温度を変化させることが好ましい。そのときの、最も低い雰囲気温度は延伸・加熱炉10の温度と同じ温度、もしくは、それ以上の温度に設定することが好ましい。最も高い加熱炉の雰囲気温度は400℃以上の温度で加熱することがポリイミド繊維のイミド化率を完全に行う上で好ましく、特に好ましくは420℃以上の温度で加熱することが好ましい。400℃以上の温度で加熱処理をすることで最終的に得られるポリイミド繊維のイミド化率を100%にすることが可能となる。   When the heating / imidizing furnace 13 is composed of a plurality of heating furnaces, it is preferable to change the temperature from a low temperature to a high temperature. At that time, the lowest ambient temperature is preferably set to the same temperature as the temperature of the drawing / heating furnace 10 or higher. The highest heating furnace atmosphere temperature is preferably 400 ° C. or higher for complete imidization of the polyimide fiber, particularly preferably 420 ° C. or higher. By performing the heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher, the imidization ratio of the polyimide fiber finally obtained can be made 100%.

ポリイミド繊維の加水分解耐性を向上させるためには、400℃以上の温度で1分以上焼成することが好ましい。   In order to improve the hydrolysis resistance of the polyimide fiber, it is preferable to bake at a temperature of 400 ° C. or higher for 1 minute or longer.

つまり、一例を述べるならば、本願発明のポリイミド繊維の焼成は、3台の加熱炉を設置した場合、350℃、400℃、430℃と加熱を行い、例えばそれぞれのオーブンを4分、3分、2分と時間を替えて通過させて焼成後は冷却して巻き取り装置14により巻き取ることでポリイミド繊維15を得ることができる。尚、搬送時間を変更するには各加熱・イミド化炉内を往復する回数を変更することにより炉内の搬送距離を変化させることで加熱時間を変更することができる。更には、炉内・或いは炉外にフリーロールを追加し、そのロールを通過させることにより加熱時間を変更させることができる。   That is, if an example is described, the baking of the polyimide fiber of the present invention will be performed at 350 ° C., 400 ° C. and 430 ° C. when three heating furnaces are installed, for example, each oven is heated for 4 minutes and 3 minutes. The polyimide fiber 15 can be obtained by changing the time for 2 minutes and allowing it to pass through and then firing and then cooling and winding with the winding device 14. In order to change the transport time, the heating time can be changed by changing the transport distance in the furnace by changing the number of times of reciprocating in each heating / imidizing furnace. Furthermore, a heating time can be changed by adding a free roll inside or outside the furnace and passing the roll.

ポリイミド繊維の巻き取り装置14の速度は搬送ロール12の速度と同じ、もしくは、それ以上の速度で巻き取ることが好ましい。搬送ロール12よりも早い速度で巻き取ることで炉内の繊維を弛み無く巻き取ることができるので好ましい。   It is preferable that the winding speed of the polyimide fiber winding device 14 is equal to or higher than the speed of the transport roll 12. It is preferable to wind up the fibers in the furnace without slacking by winding at a speed higher than that of the transport roll 12.

得られたポリイミド繊維15は静電気除去のために、再度別の装置で繰り出しながら、アニオン系、カチオン系等の界面活性剤からなる油剤を表面に塗布することが好ましく、公知公用の方法を用いて適宜油剤を塗布することが好ましい。   The obtained polyimide fiber 15 is preferably coated with an oil agent composed of an anionic or cationic surfactant on the surface while being drawn out again by another apparatus for removing static electricity, using a publicly known method. It is preferable to apply an oil appropriately.

本願発明のポリイミド繊維は、マルチフィラメントとして得られるため、その繊維を用いて織布に成型することができ、例えば耐熱服や、耐熱性フィルター等の用途に好適に用いることができる。特に、本願発明のポリイミド繊維は、耐熱性が非常に高く、このような用途には好適に用いることができる。また、本願発明の繊維は、切断面の扁平率が1.1以上の楕円形状を有する繊維であり搬送性等に優れるので織物加工時のトラブルを減らすことができる。   Since the polyimide fiber of the present invention is obtained as a multifilament, it can be molded into a woven fabric using the fiber, and can be suitably used for applications such as heat-resistant clothing and heat-resistant filters. In particular, the polyimide fiber of the present invention has very high heat resistance and can be suitably used for such applications. The fiber of the present invention is a fiber having an elliptical shape with a flatness of the cut surface of 1.1 or more, and is excellent in transportability and the like, so that troubles during textile processing can be reduced.

また、マルチフィラメントを公知公用の方法でテクスチャード加工した後に、一定の長さに切り揃えてチョップドファイバーに加工し、ニードルパンチ装置等を用いることで不織布に加工することもできる。当該不織布を用いて耐熱性のマットや、バグフィルターを作製することができる。特に、本願発明のポリイミド繊維は加水分解耐性が高く、バグフィルター等の用途に使用する場合に、ポリイミド繊維の劣化を避けることができるので好ましい。   In addition, after the multifilament is textured by a publicly known method, it can be cut into a certain length and processed into a chopped fiber, and then processed into a nonwoven fabric by using a needle punch device or the like. A heat-resistant mat or a bag filter can be produced using the nonwoven fabric. In particular, the polyimide fiber of the present invention is preferred because it has high hydrolysis resistance, and can be used to avoid deterioration of the polyimide fiber when used for applications such as bag filters.

以下本発明を実施例により説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

<繊度>
Sa(本)からなるポリイミド繊維のトウを10cmに切断したものの重量(Sb(g))を測定して下記算出式により繊度を算出した。
繊度(dtex)=Sb÷Sa×100000
<破断伸度及び破断強度>
株式会社A&D社製 テンシロン万能試験装置(RTC―1210A)を用いて、JIS―L1015に準拠して測定を行った。
<Fineness>
The weight (Sb (g)) of the polyimide fiber tow made of Sa (book) cut into 10 cm was measured, and the fineness was calculated by the following formula.
Fineness (dtex) = Sb ÷ Sa × 100,000
<Elongation at break and strength at break>
Using a Tensilon universal testing device (RTC-1210A) manufactured by A & D Co., Ltd., measurement was performed in accordance with JIS-L1015.

<破断強度保持率>
ポリイミド繊維の初期破断強度Ha(cN/dtex)の測定を上記方法にて行い、ポリイミド繊維を、150℃、100%RH、4気圧の飽和水蒸気下で20時間、分解加速試験を行った。加速試験後に、繊維の破断強度Hb(cN/dtex)を測定してHb/Ha×100の算出式から破断強度保持率を算出した。尚、本願発明においては破断強度保持率が大きい程、加水分解耐性が良いことを意味する。
<Breaking strength retention>
The initial breaking strength Ha (cN / dtex) of the polyimide fiber was measured by the above-described method, and the polyimide fiber was subjected to a decomposition acceleration test under saturated steam at 150 ° C., 100% RH and 4 atm for 20 hours. After the acceleration test, the breaking strength Hb (cN / dtex) of the fiber was measured, and the breaking strength retention was calculated from the calculation formula of Hb / Ha × 100. In the present invention, the larger the breaking strength retention, the better the hydrolysis resistance.

(合成例1)
チッソ置換を行った200Lの反応装置に、溶液を攪拌するための攪拌翼を取りつけた反応装置内で反応を行った。反応装置内に、N,N−ジメチルホルムアミドを31.44kg投入し、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル4.41kgを投入して完全に溶解した。
この溶液中に、ピロメリット酸二無水物4.32kgを投入して20分間均一攪拌を行った。この溶液に、ピロメリット酸二無水物0.48kgをN,N−ジメチルホルムアミド9.1kgに溶解した溶液を少量ずつ添加して、紡糸原液の粘度が、23℃の条件で、B型粘度計で測定した場合に2300ポイズになった時点で添加を終えた。均一な粘度になった後に、引き続き1時間均一攪拌を行いポリアミド酸溶液を得た。ポリアミド酸溶液の固形分濃度は18.5%であった。
(Synthesis Example 1)
The reaction was carried out in a reactor equipped with a stirring blade for stirring the solution in a 200 L reactor subjected to nitrogen substitution. In the reactor, 31.44 kg of N, N-dimethylformamide was added, and 4.41 kg of 4,4′-diaminodiphenyl ether was added and completely dissolved.
To this solution, 4.32 kg of pyromellitic dianhydride was added and stirred uniformly for 20 minutes. To this solution, a solution obtained by dissolving 0.48 kg of pyromellitic dianhydride in 9.1 kg of N, N-dimethylformamide was added little by little, and the viscosity of the spinning stock solution was 23 ° C. The addition was finished when it reached 2300 poises as measured by. After the uniform viscosity was reached, uniform stirring was continued for 1 hour to obtain a polyamic acid solution. The solid content concentration of the polyamic acid solution was 18.5%.

上記ポリアミド酸溶液を30℃に加熱し、β―ピコリンを1.23kg(アミド基1モルに対して、0.30モルに相当)投入して1時間均一攪拌を行った。次いで、無水酢酸を0.67kg(アミド基1モルに対して、0.15モルに相当)を投入して5時間均一攪拌を行った。   The polyamic acid solution was heated to 30 ° C., 1.23 kg of β-picoline (corresponding to 0.30 mol relative to 1 mol of amide groups) was added, and the mixture was stirred uniformly for 1 hour. Next, 0.67 kg of acetic anhydride (corresponding to 0.15 mol with respect to 1 mol of amide group) was added and stirred uniformly for 5 hours.

(実施例1)
合成例1で得られたポリアミド酸溶液(以下、紡糸原液)を用いて紡糸実験を行った。乾式紡糸は図1と同様の装置を用いて行った。紡糸口金1のオリフィス2の孔数は10ホールとして実験を行った。オリフィスの直径は0.15mmの円形の紡糸口金を用いた。紡糸塔内の雰囲気温度は220℃〜240℃に調整して紡糸を行い紡糸塔の下部で紡糸繊維同士が融着しない程度に乾燥していることを確認してボビンに巻き取った。巻き取り速度は600m/分で巻き取った。
Example 1
A spinning experiment was conducted using the polyamic acid solution obtained in Synthesis Example 1 (hereinafter referred to as spinning solution). Dry spinning was performed using the same apparatus as in FIG. The experiment was conducted with the number of holes in the orifice 2 of the spinneret 1 being 10 holes. A circular spinneret having an orifice diameter of 0.15 mm was used. Spinning was performed by adjusting the atmospheric temperature in the spinning tower to 220 ° C. to 240 ° C., and it was wound around a bobbin after confirming that the spinning fibers were dried to the extent that the spun fibers were not fused together at the bottom of the spinning tower. The winding speed was 600 m / min.

紡糸原液の吐出量は10g/分となるように調整して紡糸繊維を取得した。このときの紡糸繊維の残存溶剤割合は10%であった。   Spinning fibers were obtained by adjusting the discharge rate of the spinning solution to 10 g / min. The residual solvent ratio of the spun fiber at this time was 10%.

このポリイミド繊維を図2の加熱・イミド化装置を用いて延伸・加熱・イミド化を表1記載の条件にて行った。紡糸の際の繊維は延伸工程で大きく延伸しても端子切れ等の問題が発生せずに安定化することが明らかとなった。また、得られたポリイミド繊維の破断強度、破断伸度、破断強度保持率の測定を行った。得られたポリイミド繊維は破断強度、破断伸度共に優れたものであり、特に破断強度保持率が大きく、加水分解耐性に優れることが明らかになった。   This polyimide fiber was stretched, heated and imidized under the conditions shown in Table 1 using the heating / imidizing apparatus of FIG. It has been clarified that the fiber during spinning is stabilized without causing problems such as terminal breakage even if it is largely drawn in the drawing process. Moreover, the breaking strength, breaking elongation, and breaking strength retention of the obtained polyimide fiber were measured. It was revealed that the obtained polyimide fiber was excellent in both breaking strength and breaking elongation, in particular, had a high breaking strength retention and excellent hydrolysis resistance.

(比較例1)
インスペックファイバー社製の商品名P84(平均繊度2.2dtex)の製品について、破断強度、破断伸度、破断強度保持率を評価した結果を表2に纏める。
実施例で得られたポリイミド繊維に比較して破断強度保持率が大きく低下し、加水分解耐性が低いことが明らかになった。
(Comparative Example 1)
Table 2 summarizes the results of evaluation of the breaking strength, breaking elongation, and breaking strength retention of a product having a trade name of P84 (average fineness of 2.2 dtex) manufactured by Inspec Fiber.
As compared with the polyimide fibers obtained in the examples, it was revealed that the breaking strength retention ratio was greatly reduced and the hydrolysis resistance was low.

Figure 2010150697
Figure 2010150697

Figure 2010150697
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乾式紡糸装置の模式図Schematic diagram of dry spinning equipment 加熱・イミド化装置の模式図Schematic diagram of heating and imidization equipment

符号の説明Explanation of symbols

1 紡糸用の紡糸口金
2 オリフィス(孔)
3 気流発生装置
4 紡糸円筒
5 ポリアミド酸繊維
6 ツイスター(撚り装置)
7 巻き取り装置
8 紡糸繊維
9 繰り出しロール
10 加熱・延伸炉
11 速度コントローラー
12 搬送ロール
13 加熱・イミド化炉
14 巻き取り装置
15 ポリイミド繊維
16 搬送方向
17 加熱・延伸処理装置
18 加熱・イミド化処理装置
1 Spinneret for spinning 2 Orifice (hole)
3 Airflow generator 4 Spinning cylinder 5 Polyamic acid fiber 6 Twister (twisting device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 Winding device 8 Spinning fiber 9 Feeding roll 10 Heating / stretching furnace 11 Speed controller 12 Transport roll 13 Heating / imidizing furnace 14 Winding device 15 Polyimide fiber 16 Transport direction 17 Heating / stretching processing device 18 Heating / imidation processing device

Claims (8)

ポリアミド酸溶液に化学イミド化剤を混合して一部イミド化した紡糸溶液を乾式紡法にて紡糸して得られるポリイミド繊維。   A polyimide fiber obtained by spinning a spinning solution, which is partially imidized by mixing a chemical imidizing agent with a polyamic acid solution, by a dry spinning method. 請求項1記載の化学イミド化剤が、少なくともイミド化触媒を含むことを特徴とする請求項1記載のポリイミド繊維。 The polyimide fiber according to claim 1, wherein the chemical imidizing agent according to claim 1 contains at least an imidization catalyst. 請求項2記載の化学イミド化剤が、さらに脱水縮合剤を含むことを特徴とする請求項1記載のポリイミド繊維。 The polyimide fiber according to claim 1, wherein the chemical imidizing agent according to claim 2 further contains a dehydrating condensing agent. 請求項1から3記載のポリイミド繊維を用いた不織布。   A nonwoven fabric using the polyimide fiber according to claim 1. 請求項1から3記載のポリイミド繊維を用いた耐熱性フィルター。   A heat-resistant filter using the polyimide fiber according to claim 1. 請求項1から3記載のポリイミド繊維を含む織布。   A woven fabric comprising the polyimide fiber according to claim 1. 請求項1から3記載のポリイミド繊維を用いた耐熱性防護服。   A heat-resistant protective clothing using the polyimide fiber according to claim 1. ポリアミド酸溶液に化学イミド化剤を混合して一部イミド化した紡糸溶液を乾式紡法にて紡糸してポリイミド繊維を製造することを特徴とするポリイミド繊維の製造方法。 A method for producing a polyimide fiber, comprising producing a polyimide fiber by spinning a spinning solution obtained by mixing a polyimidic acid solution with a chemical imidizing agent and partially imidizing it by a dry spinning method.
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