JP2018084000A - Meta-type wholly aromatic polyamide fiber and method for producing the same - Google Patents

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Yusuke Yamauchi
裕輔 山内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel meta-type wholly aromatic polyamide fiber that has high breaking strength, and can resist coloration or discoloration at high temperature, while maintaining the original characteristics of the meta-type wholly aromatic polyamide fiber, such as heat resistance and flame retardancy.SOLUTION: Such a specific coagulation bath that has no skin core and takes a compact coagulation form, is used to conduct wet-spinning for a specific time, and plastic stretching is conducted in a specific ratio.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、残存溶媒量の極めて少ないメタ型全芳香族ポリアミド繊維に関する。さらに詳しくは、力学特性に優れ、かつ高品位な製品を得ることのできる新規なメタ型全芳香族ポリアミド繊維に関するものである。   The present invention relates to a meta-type wholly aromatic polyamide fiber having an extremely small amount of residual solvent. More specifically, the present invention relates to a novel meta-type wholly aromatic polyamide fiber having excellent mechanical properties and capable of obtaining a high-quality product.

芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸ジクロリドとから製造される全芳香族ポリアミドは、耐熱性に優れ、かつ、難燃性に優れることがよく知られている。また、これらの全芳香族ポリアミドは、アミド系溶媒に可溶であって、これらの重合体溶液から乾式紡糸、湿式紡糸、半乾半湿式紡糸などの方法によって繊維となし得ることも周知である。
かかる全芳香族ポリアミドのなかでも、ポリメタフェニレンイソフタルアミドで代表されるメタ型全芳香族ポリアミド(以下「メタアラミド」と略称することがある)繊維は、耐熱・難燃性繊維として特に有用である。このような、メタアラミド繊維の製法としては、主に次の(a)、(b)の2つの方法が採用されている。
It is well known that wholly aromatic polyamides produced from aromatic diamines and aromatic dicarboxylic acid dichlorides are excellent in heat resistance and flame retardancy. It is also well known that these wholly aromatic polyamides are soluble in amide solvents and can be made into fibers from these polymer solutions by methods such as dry spinning, wet spinning and semi-dry semi-wet spinning. .
Among such wholly aromatic polyamides, meta-type wholly aromatic polyamides (hereinafter sometimes abbreviated as “meta-aramid”) represented by polymetaphenylene isophthalamide are particularly useful as heat-resistant and flame-retardant fibers. . As methods for producing such meta-aramid fibers, the following two methods (a) and (b) are mainly employed.

(a)メタフェニレンジアミンとイソフタル酸クロライドとを、N,N−ジメチルアセトアミド中で低温溶液重合させることによってポリメタフェニレンイソフタルアミド溶液を調製し、しかる後、該溶液中に副生した塩酸を水酸化カルシウムで中和して塩化カルシウムを含む重合体溶液を得て、得られた重合体溶液を乾式紡糸することによりメタアラミド繊維を製造する方法(特許文献1)。   (A) A polymetaphenylene isophthalamide solution is prepared by subjecting metaphenylenediamine and isophthalic acid chloride to low temperature solution polymerization in N, N-dimethylacetamide. A method for producing a meta-aramid fiber by neutralizing with calcium oxide to obtain a polymer solution containing calcium chloride and dry spinning the obtained polymer solution (Patent Document 1).

(b)メタフェニレンジアミン塩とイソフタル酸クロライドとを含む生成ポリアミドの良溶媒ではない有機溶媒系(例えばテトラヒドロフラン)と無機の酸受容剤ならびに可溶性中性塩を含む水溶液系とを接触させることによって、ポリメタフェニレンイソフタルアミド重合体の粉末を単離し(特許文献2)、この重合体粉末をアミド系溶媒に再溶解した後、無機塩含有水性凝固浴中に湿式紡糸する方法(特許文献3)。   (B) contacting a non-good organic solvent system (eg, tetrahydrofuran) of the resulting polyamide containing metaphenylenediamine salt and isophthalic acid chloride with an aqueous system containing an inorganic acid acceptor and a soluble neutral salt; A method of isolating a polymetaphenylene isophthalamide polymer powder (Patent Document 2), re-dissolving the polymer powder in an amide solvent, and then wet spinning in an inorganic salt-containing aqueous coagulation bath (Patent Document 3).

しかしながら、上記(a)の方法は、乾式紡糸であるため、紡糸口金より紡出された繊維状のポリマー溶液においては、形成された繊維状物の表面付近から溶媒が揮発・乾燥するため、繊維表面に緻密で強固なスキン層が生じる。このため、引き続き、繊維状物を水洗などにより洗浄を行っても、残存する溶媒を十分に除去することは困難であった。かくして、(a)の方法によって得られる繊維は、繊維中に残存する溶媒に起因して、高温雰囲気下における使用時に黄変が生じていた。このため、高温での熱処理を避ける必要があり、その結果、高強度化が難しいという問題があった。   However, since the method (a) is dry spinning, in the fibrous polymer solution spun from the spinneret, the solvent is volatilized and dried from the vicinity of the surface of the formed fibrous material. A dense and strong skin layer is formed on the surface. For this reason, it was difficult to sufficiently remove the remaining solvent even if the fibrous material was subsequently washed with water or the like. Thus, the fiber obtained by the method (a) was yellowed during use in a high temperature atmosphere due to the solvent remaining in the fiber. For this reason, it is necessary to avoid heat treatment at a high temperature, and as a result, there is a problem that it is difficult to increase the strength.

一方で、上記(b)の方法は、湿式紡糸であるため、紡糸段階での溶媒の揮発は生じない。しかしながら、繊維状になったポリマーを水性凝固浴あるいは高濃度の無機塩を含有する水性凝固浴に導入した際に、繊維状ポリマーの表面近傍から水性凝固浴内へ溶媒が脱離すると同時に、凝固した繊維状物の表面近傍から凝固浴液に含まれる水が繊維状物の内部へ浸入し、強固なスキン層が生じていた。このため、乾式紡糸法による繊維と同様に、繊維中に残存する溶媒を十分に除去することは困難であり、残存溶媒に起因した高温雰囲気下での着色または変色(特に黄変)は避けられなかった。したがって、(b)の方法で得られる繊維についても、高温での熱処理を避ける必要があり、繊維の高強度化が難しいという問題がいまだ残されていた。   On the other hand, since the method (b) is wet spinning, the solvent does not volatilize at the spinning stage. However, when the fibrous polymer is introduced into an aqueous coagulation bath or an aqueous coagulation bath containing a high concentration of inorganic salt, the solvent is desorbed from the vicinity of the surface of the fibrous polymer into the aqueous coagulation bath and coagulated at the same time. The water contained in the coagulation bath liquid entered the inside of the fibrous material from the vicinity of the surface of the fibrous material, and a strong skin layer was generated. For this reason, it is difficult to sufficiently remove the solvent remaining in the fiber as in the case of the fiber by the dry spinning method, and coloring or discoloration (particularly yellowing) in a high temperature atmosphere caused by the remaining solvent can be avoided. There wasn't. Therefore, the fiber obtained by the method (b) also needs to avoid heat treatment at a high temperature, and there remains a problem that it is difficult to increase the strength of the fiber.

特許文献4には、層状粘土鉱物を含むメタ型全芳香族ポリアミド繊維が記載されている。
特許文献4に記載されたメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、層状粘土鉱物の配合により、残存溶媒量の低い繊維となる。しかしながら、これら層状粘土鉱物を含むメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、メタ型全芳香族ポリアミドの特長である絶縁性が低く、さらに、切断加工や撚糸加工時に層状粘土鉱物が脱落し飛散する場合があった。そこで、絶縁性の向上や層状粘土鉱物の脱落・飛散の防止という観点から、さらなる改良が求められていた。
Patent Document 4 describes a meta-type wholly aromatic polyamide fiber containing a layered clay mineral.
The meta-type wholly aromatic polyamide fiber described in Patent Document 4 becomes a fiber having a low residual solvent amount by blending the layered clay mineral. However, meta-type wholly aromatic polyamide fibers containing these layered clay minerals have low insulation, which is a feature of meta-type wholly aromatic polyamides. Furthermore, layered clay minerals may fall off and scatter during cutting and twisting. there were. Therefore, further improvement has been demanded from the viewpoint of improving the insulation and preventing the layered clay mineral from falling off and scattering.

特許文献5には、繊維中に残存する溶媒量が1.0重量%以下であって、300℃での乾熱収縮率が3%以下であり、且つ繊維の破断強度が4.5〜6.0cN/dtexであることを特長とする高温加工性に優れたメタ型全芳香族ポリアミド繊維が記載されている。
しかしながら、特許文献5においては、判断強度が6.1cN/dtex以上の繊維は報告されておらず、高温フィルターの基布用途、あるいはゴム補強用途等に求められるような高い破断強度および寸法安定については、さらなる向上が求められていた。
In Patent Document 5, the amount of solvent remaining in the fiber is 1.0% by weight or less, the dry heat shrinkage at 300 ° C. is 3% or less, and the breaking strength of the fiber is 4.5-6. A meta-type wholly aromatic polyamide fiber excellent in high-temperature processability, characterized by being 0.0 cN / dtex, is described.
However, Patent Document 5 does not report a fiber having a judgment strength of 6.1 cN / dtex or more, and has high breaking strength and dimensional stability as required for high-temperature filter base fabric use or rubber reinforcement use. There was a need for further improvements.

特公昭35−14399号公報Japanese Patent Publication No. 35-14399 特公昭47−10863号公報Japanese Patent Publication No.47-10863 特公昭48−17551号公報Japanese Patent Publication No. 48-17551 特開2007−254915号公報JP 2007-254915 A 特許第5710593号公報Japanese Patent No. 5710593

本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、耐熱性、難燃性などのメタ型全芳香族ポリアミド繊維が本来有する性質を維持しつつ、破断強度が高く、かつ、高温下での加工および使用条件下であっても製品の着色または変色を抑制することのできる新規なメタ型全芳香族ポリアミド繊維を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described background art, and the object of the present invention is to maintain the properties inherent to the meta-type wholly aromatic polyamide fiber such as heat resistance and flame retardancy, while having a breaking strength. It is an object of the present invention to provide a novel meta-type wholly aromatic polyamide fiber that is high and can suppress coloring or discoloration of a product even under high temperature processing and use conditions.

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を重ねた。その結果、スキンコアを有さず緻密な凝固形態をとるような特定の凝固浴を用いて湿式紡糸するとともに、特定倍率の範囲内で可塑延伸を行うことにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies in view of the above problems. As a result, it has been found that the above-mentioned problems can be solved by performing wet spinning using a specific coagulation bath that does not have a skin core and takes a dense solidification form, and performing plastic drawing within a specific magnification range. The invention has been completed.

すなわち、本発明は、実質的に層状粘土鉱物を含まないメタ型全芳香族ポリアミド繊維であって、繊維中に残存する溶媒量が繊維全体に対して0.01〜0.1質量%以下であり、破断強度が6.1〜7.0cN/dtexであるメタ型全芳香族ポリアミド繊維である。   That is, the present invention is a meta-type wholly aromatic polyamide fiber substantially free of layered clay mineral, and the amount of solvent remaining in the fiber is 0.01 to 0.1% by mass or less based on the whole fiber. It is a meta-type wholly aromatic polyamide fiber having a breaking strength of 6.1 to 7.0 cN / dtex.

また別の本発明は、上記の繊維を製造する方法であって、凝固浴におけるアミド系溶媒と水との質量組成比を50/50〜60/40、凝固時間15〜70秒として凝固糸を得て、得られた凝固糸を延伸倍率4.0〜10.0倍で可塑延伸され、熱板などを用いて1.1〜1.8倍延伸するメタ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法である。   Another aspect of the present invention is a method for producing the above fiber, wherein the coagulated yarn is obtained by setting the mass composition ratio of the amide solvent and water in the coagulation bath to 50/50 to 60/40 and the coagulation time to 15 to 70 seconds. A method for producing a meta-type wholly aromatic polyamide fiber obtained by plastic stretching the obtained coagulated yarn at a draw ratio of 4.0 to 10.0 times and 1.1 to 1.8 times using a hot plate or the like It is.

本発明によれば、力学特性、耐熱性などが良好で、かつ、繊維中に残存する溶媒が極微量であり、実質的に層状粘土鉱物を含まない、メタ型全芳香族ポリアミド繊維(特に、ポリメタフェニレンイソフタルアミド系繊維)が提供される。本発明の繊維は、耐熱性あるいは難燃性というメタ型全芳香族ポリアミド繊維が本来もつ性能に加えて、極めて高い強度を有しつつも、高温下での加工および使用における繊維または繊維製品の着色または変色(特に黄変)を抑制することができる。したがって、本発明の繊維は、従来のメタ型全芳香族ポリアミド繊維では使用できなかった分野においても使用可能となり、その工業的価値は極めて大きい。   According to the present invention, meta-type wholly aromatic polyamide fibers (especially, having good mechanical properties, heat resistance, etc., having a very small amount of solvent remaining in the fibers, and substantially free of layered clay minerals, Polymetaphenylene isophthalamide fiber). The fiber of the present invention has a very high strength in addition to the performance inherent in meta-type wholly aromatic polyamide fibers such as heat resistance or flame retardancy, and is a fiber or fiber product in processing and use at high temperatures. Coloring or discoloration (particularly yellowing) can be suppressed. Therefore, the fiber of the present invention can be used in fields that cannot be used with conventional meta-type wholly aromatic polyamide fibers, and its industrial value is extremely high.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<メタ型全芳香族ポリアミド繊維>
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、以下の特定の物性を備える。本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維の物性、構成、および、製造方法について以下に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<Meta type wholly aromatic polyamide fiber>
The meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention has the following specific physical properties. The physical properties, configuration, and production method of the meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention will be described below.

[メタ型全芳香族ポリアミド繊維の物性]
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、残存する溶媒量が0.01〜0.1質量%以下であって、かつ、繊維の破断強度が6.1〜7.0cN/dtexである。このため、本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、高温下での加工および使用にあっても、繊維または製品の着色または変色を抑制することができる。
[Physical properties of meta-type wholly aromatic polyamide fibers]
The meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention has a remaining solvent amount of 0.01 to 0.1% by mass or less and a fiber breaking strength of 6.1 to 7.0 cN / dtex. For this reason, the meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention can suppress the coloring or discoloration of the fiber or the product even in processing and use at a high temperature.

[残存溶媒量]
メタ型全芳香族ポリアミド繊維は、通常、ポリマーをアミド系溶媒に溶解した紡糸原液から製造されるため、必然的に該繊維に溶媒が残存する。しかしながら、本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、繊維中に残存する溶媒の量が、繊維質量に対して0.01〜0.1質量である。0.01〜0.1質量%であることが必須であり、0.01〜0.08質量%であることがより好ましい。特に好ましくは、0.01〜0.06質量%である。
繊維質量に対して0.1質量%を超えて溶媒が繊維中に残存している場合には、200℃を超えるような高温雰囲気下での加工や使用の際に、黄変しやすくなり、また、著しく強度が低下したりするため好ましくない。
本発明において、メタ型全芳香族ポリアミド繊維中の残存溶媒量を0.01〜0.1質量%にするためには、繊維の製造工程において、スキンコアを有さず緻密な凝固形態をとるような特定の凝固浴を用いて湿式紡糸する。
なお、本発明における「繊維中に残存する溶媒量」とは、以下の方法で得られる値をいう。
[Residual solvent amount]
Since the meta-type wholly aromatic polyamide fiber is usually produced from a spinning stock solution in which a polymer is dissolved in an amide solvent, the solvent necessarily remains in the fiber. However, in the meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention, the amount of the solvent remaining in the fiber is 0.01 to 0.1 mass with respect to the mass of the fiber. It is essential that the content is 0.01 to 0.1% by mass, and more preferably 0.01 to 0.08% by mass. Most preferably, it is 0.01-0.06 mass%.
When the solvent remains in the fiber in excess of 0.1% by mass with respect to the mass of the fiber, yellowing easily occurs during processing and use in a high-temperature atmosphere exceeding 200 ° C. Further, the strength is remarkably lowered, which is not preferable.
In the present invention, in order to make the residual solvent amount in the meta-type wholly aromatic polyamide fiber 0.01 to 0.1% by mass, in the fiber manufacturing process, a dense solidified form without a skin core is taken. Wet spinning using a specific coagulation bath.
In the present invention, the “amount of solvent remaining in the fiber” refers to a value obtained by the following method.

(残存溶媒量の測定方法)
原繊維を約8.0g採取し、105℃で120分間乾燥させた後にデシケーター内で放冷し、繊維質量(M1)を秤量する。続いて、この繊維について、メタノール中で1.5時間、ソックスレー抽出器を用いて還流抽出を行い、繊維中に含まれるアミド系溶媒の抽出を行う。抽出を終えた繊維を取り出して、150℃で60分間真空乾燥させた後にデシケーター内で放冷し、繊維質量(M2)を秤量する。繊維中に残存する溶媒量(アミド系溶媒質量)N(%)は、得られるM1およびM2を用いて下記式により算出する。
N(%)=[(M1−M2)/M1]×100
(Measurement method of residual solvent amount)
About 8.0 g of fibrils are collected, dried at 105 ° C. for 120 minutes, allowed to cool in a desiccator, and the fiber mass (M1) is weighed. Subsequently, this fiber is subjected to reflux extraction using a Soxhlet extractor in methanol for 1.5 hours to extract an amide solvent contained in the fiber. The fiber after extraction is taken out, vacuum-dried at 150 ° C. for 60 minutes, allowed to cool in a desiccator, and the fiber mass (M2) is weighed. The amount of solvent (amide solvent mass) N (%) remaining in the fiber is calculated by the following formula using M1 and M2 obtained.
N (%) = [(M1-M2) / M1] × 100

[破断強度]
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、破断強度が6.1〜7.0cN/dtexの範囲である。6.1〜7.0cN/dtexの範囲であることが必須であり、6.1〜.6.9cN/dtexの範囲であることが好ましい。さらに6.2〜6.9cN/dtexの範囲であることはより好ましく、6.3〜6.9cN/dtexの範囲であることが最も好ましい。
破断強度が6.1cN/dtex未満である場合には、得られる製品の機械強度が低いために、製品用との使用に耐え難くなり好ましくない。一方、7.0cN/dtexを超える場合には、伸度が大幅に低下し、製品の取り扱いが困難になる等の問題が発生する。
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維において、「破断強度」を上記範囲内にするためには、繊維の製造工程において、スキンコアを有さず緻密な凝固形態をとるような特定の凝固浴を用いて特定の時間をかけて湿式紡糸するとともに、特定倍率の範囲内で可塑延伸を行う。
[Breaking strength]
The meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention has a breaking strength in the range of 6.1 to 7.0 cN / dtex. It is essential to be in the range of 6.1 to 7.0 cN / dtex. The range is preferably 6.9 cN / dtex. Furthermore, the range of 6.2 to 6.9 cN / dtex is more preferable, and the range of 6.3 to 6.9 cN / dtex is most preferable.
If the breaking strength is less than 6.1 cN / dtex, the resulting product has low mechanical strength, which makes it difficult to withstand use for products. On the other hand, when it exceeds 7.0 cN / dtex, problems such as a significant decrease in elongation and difficulty in handling the product occur.
In the meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention, in order to bring the “breaking strength” within the above range, a specific coagulation bath that does not have a skin core and takes a dense solidification form is used in the fiber production process. It is used to wet-spin over a specific time, and plastic stretching is performed within a specific magnification range.

[破断伸度]
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、破断伸度が15%以上であることが好ましく、18%以上であることがさらに好ましく、20%以上であることが特に好ましい。破断伸度が15%未満である場合には、後加工工程における工程通過性が低下するため好ましくない。
本発明において、メタ型全芳香族ポリアミド繊維の「破断伸度」は、後記する製造方法における凝固工程において、スキンコアを有さず緻密な凝固形態をとるような特定の凝固浴を用いて特定の時間をかけて湿式紡糸することにより制御することができる。
[Elongation at break]
The meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention preferably has a breaking elongation of 15% or more, more preferably 18% or more, and particularly preferably 20% or more. When the elongation at break is less than 15%, the process passability in the post-processing step is lowered, which is not preferable.
In the present invention, the “breaking elongation” of the meta-type wholly aromatic polyamide fiber is specified by using a specific coagulation bath that does not have a skin core and takes a dense solidification form in the coagulation step in the production method described later. It can be controlled by wet spinning over time.

[断面形状および単繊維の繊度]
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維の断面形状は、円形、楕円形、その他任意の形状であってよく、また、単繊維の繊度(単糸繊度)は、一般に0.5〜10.0dtexの範囲であることが好ましい。
また、本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は多数の紡糸孔を有する紡糸口金を用いた湿式紡糸で得られ、例えば1口金あたり500〜30,000ホールで1,000〜70,000dtex、好ましくは1,500〜20,000ホールで3,300〜45,000dtexのトウとして得られる。
[Cross-sectional shape and fineness of single fiber]
The cross-sectional shape of the meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention may be circular, elliptical, or any other shape, and the fineness (single yarn fineness) of the single fiber is generally 0.5 to 10.0 dtex. It is preferable that it is the range of these.
Further, the meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention is obtained by wet spinning using a spinneret having a large number of spinning holes, for example, 1,000 to 70,000 dtex with 500 to 30,000 holes per die, preferably Is obtained as a tow of 3,300-45,000 dtex with 1,500-20,000 holes.

[メタ型全芳香族ポリアミドの構成]
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維を構成するメタ型全芳香族ポリアミドは、メタ型芳香族ジアミン成分とメタ型芳香族ジカルボン酸成分とから構成されるものであり、本発明の目的を損なわない範囲内で、パラ型等の他の共重合成分が共重合されていてもよい。
本発明において特に好ましく使用されるのは、力学特性、耐熱性、難燃性の観点から、メタフェニレンイソフタルアミド単位を主成分とするメタ型全芳香族ポリアミドである。
メタフェニレンイソフタルアミド単位から構成されるメタ型全芳香族ポリアミドとしては、メタフェニレンイソフタルアミド単位が、全繰り返し単位の90モル%以上であることが好ましく、さらに好ましくは95モル%以上、特に好ましくは100モルである。
[Configuration of meta-type wholly aromatic polyamide]
The meta-type wholly aromatic polyamide constituting the meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention is composed of a meta-type aromatic diamine component and a meta-type aromatic dicarboxylic acid component, and the object of the present invention is impaired. Other copolymer components such as the para type may be copolymerized within the range not included.
Particularly preferred for use in the present invention is a meta-type wholly aromatic polyamide mainly composed of a metaphenylene isophthalamide unit from the viewpoints of mechanical properties, heat resistance and flame retardancy.
As the meta-type wholly aromatic polyamide composed of metaphenylene isophthalamide units, the metaphenylene isophthalamide units are preferably 90 mol% or more of the total repeating units, more preferably 95 mol% or more, particularly preferably. 100 moles.

〔メタ型全芳香族ポリアミドの原料〕
(メタ型芳香族ジアミン成分)
メタ型全芳香族ポリアミドの原料となるメタ型芳香族ジアミン成分としては、メタフェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン等、および、これらの芳香環にハロゲン、炭素数1〜3のアルキル基等の置換基を有する誘導体、例えば、2,4−トルイレンジアミン、2,6−トルイレンジアミン、2,4−ジアミノクロロベンゼン、2,6−ジアミノクロロベンゼン等を例示することができる。なかでも、メタフェニレンジアミンのみ、または、メタフェニレンジアミンを85モル%以上、好ましくは90モル%以上、特に好ましくは95モル%以上含有する混合ジアミンであることが好ましい。
[Raw material for meta-type wholly aromatic polyamide]
(Meta-type aromatic diamine component)
Examples of the meta-type aromatic diamine component used as a raw material for the meta-type wholly aromatic polyamide include metaphenylene diamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl sulfone, and the like, halogens in these aromatic rings, Examples of derivatives having a substituent such as an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, such as 2,4-toluylenediamine, 2,6-toluylenediamine, 2,4-diaminochlorobenzene, 2,6-diaminochlorobenzene, etc. can do. Of these, metaphenylenediamine alone or a mixed diamine containing metaphenylenediamine in an amount of 85 mol% or more, preferably 90 mol% or more, particularly preferably 95 mol% or more is preferable.

(メタ型芳香族ジカルボン酸成分)
メタ型全芳香族ポリアミドを構成するメタ型芳香族ジカルボン酸成分の原料としては、例えば、メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドを挙げることができる。メタ型芳香族ジカルボン酸ハライドとしては、イソフタル酸クロライド、イソフタル酸ブロマイド等のイソフタル酸ハライド、および、これらの芳香環にハロゲン、炭素数1〜3のアルコキシ基等の置換基を有する誘導体、例えば3−クロロイソフタル酸クロライド等を例示することができる。なかでも、イソフタル酸クロライドそのもの、または、イソフタル酸クロライドを85モル%以上、好ましくは90モル%以上、特に好ましくは95モル%以上含有する混合カルボン酸ハライドであることが好ましい。
(Meta-type aromatic dicarboxylic acid component)
Examples of the raw material of the meta type aromatic dicarboxylic acid component constituting the meta type wholly aromatic polyamide include a meta type aromatic dicarboxylic acid halide. Examples of the meta-type aromatic dicarboxylic acid halide include isophthalic acid halides such as isophthalic acid chloride and isophthalic acid bromide, and derivatives having substituents such as halogen and alkoxy groups having 1 to 3 carbon atoms on the aromatic ring, such as 3 -Chloroisophthalic acid chloride etc. can be illustrated. Of these, isophthalic acid chloride itself or a mixed carboxylic acid halide containing isophthalic acid chloride in an amount of 85 mol% or more, preferably 90 mol% or more, particularly preferably 95 mol% or more is preferable.

[メタ型全芳香族ポリアミドの製造方法]
メタ型全芳香族ポリアミドの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、メタ型芳香族ジアミン成分とメタ型芳香族ジカルボン酸クロライド成分とを原料とした溶液重合や界面重合等により製造することができる。
なお、本発明に用いられるメタ型全芳香族ポリアミドの分子量は、繊維を形成し得る程度であれば特に限定されるものではない。一般に、十分な物性の繊維を得るには、濃硫酸中、ポリマー濃度100mg/100mL硫酸で30℃において測定した固有粘度(I.V.)が、1.0〜3.0の範囲のポリマーが適当であり、1.2〜2.0の範囲のポリマーが特に好ましい。
[Method for producing meta-type wholly aromatic polyamide]
The production method of the meta-type wholly aromatic polyamide is not particularly limited. For example, it is produced by solution polymerization or interfacial polymerization using a meta-type aromatic diamine component and a meta-type aromatic dicarboxylic acid chloride component as raw materials. be able to.
In addition, the molecular weight of the meta-type wholly aromatic polyamide used in the present invention is not particularly limited as long as it can form fibers. In general, in order to obtain a fiber having sufficient physical properties, a polymer having an intrinsic viscosity (IV) measured in a concentrated sulfuric acid at 30 ° C. with a polymer concentration of 100 mg / 100 mL sulfuric acid is in a range of 1.0 to 3.0. Appropriate polymers in the range of 1.2 to 2.0 are particularly preferred.

<メタ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法>
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、例えば上記の製造方法によって得られた芳香族ポリアミドを用いて、例えば、以下に説明する紡糸液調製工程、紡糸・凝固工程、可塑延伸浴延伸工程、洗浄工程、乾熱処理工程、熱延伸工程を経て製造される。
<Method for producing meta-type wholly aromatic polyamide fiber>
The meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention uses, for example, the aromatic polyamide obtained by the above production method, for example, a spinning solution preparation step, a spinning / coagulation step, a plastic drawing bath drawing step described below, It is manufactured through a washing process, a dry heat treatment process, and a heat stretching process.

[紡糸液調製工程]
紡糸液調製工程においては、メタ型全芳香族ポリアミドをアミド系溶媒に溶解して、紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)を調製する。紡糸液の調製にあたっては、通常、アミド系溶媒を用い、使用されるアミド系溶媒としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)等を例示することができる。これらのなかでは溶解性と取り扱い安全性の観点から、NMPまたはDMAcを用いることが好ましい。
溶液濃度としては、次工程である紡糸・凝固工程での凝固速度および重合体の溶解性の観点から、適当な濃度を適宜選択すればよく、例えば、ポリマーがポリメタフェニレンイ
ソフタルアミド等のメタ型全芳香族ポリアミドで、溶媒がNMP等のアミド系溶媒である場合には、通常は15〜40質量%の範囲とすることが好ましい。
[Spinning liquid preparation process]
In the spinning solution preparation step, the meta type wholly aromatic polyamide is dissolved in an amide solvent to prepare a spinning solution (meta type wholly aromatic polyamide polymer solution). In preparing the spinning solution, an amide solvent is usually used, and examples of the amide solvent used include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), and dimethylacetamide (DMAc). be able to. Of these, NMP or DMAc is preferably used from the viewpoints of solubility and handling safety.
The solution concentration may be appropriately selected from the viewpoint of the coagulation rate and the solubility of the polymer in the next spinning and coagulation step. For example, the polymer is a meta type such as polymetaphenylene isophthalamide. When it is a wholly aromatic polyamide and the solvent is an amide solvent such as NMP, it is usually preferably in the range of 15 to 40% by mass.

[紡糸・凝固工程]
紡糸・凝固工程においては、上記で得られた紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)を凝固液中に紡出して凝固させて凝固糸を得る。
紡糸装置としては特に限定されるものではなく、従来公知の湿式紡糸装置を使用することができる。また、安定して湿式紡糸できるものであれば、紡糸口金の紡糸孔数、配列状態、孔形状等は特に制限する必要はなく、例えば、孔数が1,00〜30,000個、紡糸孔径が0.04〜0.07mmのスフ用の多ホール紡糸口金等を用いてもよい。
また、紡糸口金から紡出する際の紡糸液(メタ型全芳香族ポリアミド重合体溶液)の温度は、20〜90℃の範囲が適当である。
[Spinning and coagulation process]
In the spinning / coagulation step, the spinning solution (meta-type wholly aromatic polyamide polymer solution) obtained above is spun into a coagulation solution and coagulated to obtain a coagulated yarn.
The spinning device is not particularly limited, and a conventionally known wet spinning device can be used. In addition, the number of spinning holes of the spinneret, the arrangement state, the hole shape and the like are not particularly limited as long as they can be stably wet-spun. For example, the number of holes is 1,00 to 30,000, the diameter of the spinning hole May be a multi-hole spinneret for sufu having a diameter of 0.04 to 0.07 mm.
The temperature of the spinning solution (meta-type wholly aromatic polyamide polymer solution) when spinning from the spinneret is suitably in the range of 20 to 90 ° C.

本発明の繊維を得るためには、特定の凝固浴を用いることが重要である。本発明においては、凝固浴におけるアミド系溶媒と水との質量組成比を55/45〜65/35とすることが必須であり、56/44〜64/36とすることが好ましい。さらには、57/43〜63/37とすることが特に好ましい。
水の質量組成比に対してアミド系溶媒(好ましくはNMP)の比率が55wt%未満では、凝固液中の水が凝固糸中に侵入し、糸中にボイドが形成されることで可塑延伸浴工程にて延伸倍率を高めることができず、結果として高強度を達成できない。また、得られる凝固糸表面に形成されるスキンが厚い構造となってしまい、後の洗浄工程における洗浄効率が低下し、繊維の残存溶媒量を低減させることが困難となる。一方、水の質量組成比に対してアミド系溶媒(好ましくはNMP)の比率が65wt%を超える場合には、繊維内部の残存溶媒量が多いため可塑延伸浴工程にて配向が進まず、高強度を達成できない。また、繊維内部に至るまで均一な凝固を行うことができず、このためやはり、繊維の残存溶媒量を低減させることが困難となる。
In order to obtain the fiber of the present invention, it is important to use a specific coagulation bath. In the present invention, it is essential that the mass composition ratio of the amide solvent and water in the coagulation bath is 55/45 to 65/35, and preferably 56/44 to 64/36. Furthermore, it is especially preferable to set it as 57 / 43-63 / 37.
When the ratio of the amide solvent (preferably NMP) to the mass composition ratio of water is less than 55 wt%, the water in the coagulation liquid penetrates into the coagulated yarn, and a void is formed in the yarn, thereby forming a plastic drawing bath. The stretching ratio cannot be increased in the process, and as a result, high strength cannot be achieved. In addition, the skin formed on the surface of the obtained coagulated yarn has a thick structure, the cleaning efficiency in the subsequent cleaning process is lowered, and it is difficult to reduce the residual solvent amount of the fiber. On the other hand, when the ratio of the amide solvent (preferably NMP) to the mass composition ratio of water exceeds 65 wt%, the amount of residual solvent inside the fiber is large, so that the orientation does not progress in the plastic stretching bath process, and the Unable to achieve strength. In addition, uniform solidification cannot be performed up to the inside of the fiber, which makes it difficult to reduce the residual solvent amount of the fiber.

本発明の繊維を得るためには、特定の凝固時間とすることが重要である。本発明においては、凝固浴中での繊維状物(糸条体)の浸漬時間は15〜70秒が必須であり、20〜65秒とすることが好ましい。さらには30〜60秒とすることが特に好ましい。15秒未満では繊維状物の形状が不十分であるため、延伸工程で配向を高める前に断糸が発生する。浸漬時間が70秒を超える場合には生産性が低くなるため好ましくない。
本発明においては、凝固浴の条件を上記の通りに設定することにより、繊維表面に形成されるスキン層を薄くし、繊維内部まで均一な構造にすることができ、さらに、得られる繊維の破断強度を向上させることができる。
かかる紡糸・凝固工程により、凝固浴中で多孔質のメタ型全芳香族ポリアミドの凝固糸からなる繊維(トウ)が形成され、その後、凝固浴から空気中へ引き出される。
In order to obtain the fiber of the present invention, it is important to set a specific coagulation time. In the present invention, the immersion time of the fibrous material (thread body) in the coagulation bath is indispensable for 15 to 70 seconds, and preferably 20 to 65 seconds. Further, it is particularly preferably 30 to 60 seconds. If it is less than 15 seconds, the shape of the fibrous material is insufficient, so that yarn breakage occurs before the orientation is improved in the stretching step. When the immersion time exceeds 70 seconds, productivity is lowered, which is not preferable.
In the present invention, by setting the conditions of the coagulation bath as described above, the skin layer formed on the fiber surface can be thinned to have a uniform structure up to the inside of the fiber. Strength can be improved.
By this spinning / coagulation step, a fiber (tow) made of a coagulated yarn of a porous meta-type wholly aromatic polyamide is formed in the coagulation bath, and then drawn from the coagulation bath into the air.

[可塑延伸浴延伸工程]
可塑延伸浴延伸工程においては、凝固浴にて凝固して得られた繊維が可塑状態にあるうちに、可塑延伸浴中にて繊維を延伸処理する。
可塑延伸浴液としては特に限定されるものではなく、従来公知のものを採用することができる。例えば、アミド系溶媒の水溶液からなり、塩類が実質的に含まれない水溶液を用いることができ、工業的には、上記凝固浴に用いたものと同じ種類の溶媒を用いることが特に好ましい。すなわち、重合体溶液、凝固浴および可塑延伸浴に用いるアミド系溶媒は同種であることが好ましく、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)の単独溶媒、または、NMPを含む2種以上からなる混合溶媒を用いることが特に好ましい。同種のアミド系溶媒を用いることによって、回収工程を統合・簡略化することができ、経済的に有益となる。
可塑延伸浴の温度と組成とはそれぞれ密接な関係にあるが、アミド系溶媒の質量濃度が20〜70質量%、かつ、温度が20〜70℃の範囲であれば、好適に用いることができる。この範囲より低い領域では、多孔質繊維状物の可塑化が十分に進まず、可塑延伸において十分な延伸倍率をとることが困難となる。一方で、これの範囲より高い領域では、多孔質繊維の表面が溶解して融着するため、良好な製糸が困難となる。
[Plastic stretching bath stretching process]
In the plastic drawing bath drawing step, the fiber is drawn in the plastic drawing bath while the fiber obtained by coagulation in the coagulation bath is in a plastic state.
It does not specifically limit as a plastic drawing bath liquid, A conventionally well-known thing can be employ | adopted. For example, an aqueous solution composed of an aqueous solution of an amide solvent and substantially free of salts can be used, and industrially, it is particularly preferable to use the same type of solvent as that used in the coagulation bath. That is, the amide solvent used for the polymer solution, the coagulation bath, and the plastic drawing bath is preferably the same, and a single solvent of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) or a mixture of two or more containing NMP. It is particularly preferable to use a solvent. By using the same kind of amide solvent, the recovery process can be integrated and simplified, which is economically beneficial.
The temperature and composition of the plastic stretching bath are closely related to each other, but can be suitably used as long as the mass concentration of the amide solvent is 20 to 70% by mass and the temperature is in the range of 20 to 70 ° C. . In a region lower than this range, plasticization of the porous fibrous material does not proceed sufficiently, and it becomes difficult to obtain a sufficient stretching ratio in plastic stretching. On the other hand, in a region higher than this range, the surface of the porous fiber is melted and fused, making it difficult to produce a good yarn.

本発明の繊維を得るためには、可塑延伸浴中の延伸倍率を5.0〜15.0倍の範囲とする必要があり、好ましくは5.0〜12.0倍、さらに好ましくは5.0〜10.0倍、最も好ましくは5.0〜8.0倍の範囲とする。本発明においては、可塑延伸浴中の延伸を当該倍率の範囲で行い、延伸による分子鎖配向をあげることにより、最終的に得られる繊維の破断強度を確保することができる。
可塑延伸浴中での延伸倍率が5.0倍未満である場合には、6.1cN/dtex以上の破断強度を有する繊維を得ることが困難となる。一方で、延伸倍率が15.0倍を超える場合には、単糸切れが発生するため、生産安定性が悪くなる。
可塑延伸浴の温度は、20〜90℃の範囲が好ましい。温度が20〜90℃の範囲にある場合には、工程調子が良いため好ましい。上記温度は、さらに好ましくは20〜60℃である。
In order to obtain the fiber of this invention, it is necessary to make the draw ratio in a plastic drawing bath into the range of 5.0-15.0 times, Preferably it is 5.0-12.0 times, More preferably, it is 5. The range is 0 to 10.0 times, and most preferably 5.0 to 8.0 times. In the present invention, the breaking strength of the fiber finally obtained can be ensured by performing stretching in the plastic stretching bath within the range of the magnification and increasing the molecular chain orientation by stretching.
When the draw ratio in the plastic drawing bath is less than 5.0 times, it becomes difficult to obtain a fiber having a breaking strength of 6.1 cN / dtex or more. On the other hand, when the draw ratio exceeds 15.0 times, single yarn breakage occurs, resulting in poor production stability.
The temperature of the plastic stretching bath is preferably in the range of 20 to 90 ° C. When the temperature is in the range of 20 to 90 ° C., the process condition is good, which is preferable. The temperature is more preferably 20 to 60 ° C.

[洗浄工程]
洗浄工程においては、可塑延伸浴にて延伸された繊維を十分に洗浄する。洗浄は、得られる繊維の品質面に影響を及ぼすことから、多段で行うことが好ましい。特に、洗浄工程における洗浄浴の温度および洗浄浴液中のアミド系溶媒の濃度は、繊維からのアミド系溶媒の抽出状態および洗浄浴からの水の繊維中への侵入状態に影響を与える。このため、これらを最適な状態とする目的においても、洗浄工程を多段とし、温度条件およびアミド系溶媒の濃度条件を制御することが好ましい。
[Washing process]
In the washing step, the fibers drawn in the plastic drawing bath are thoroughly washed. Washing is preferably performed in multiple stages because it affects the quality of the resulting fiber. In particular, the temperature of the washing bath in the washing step and the concentration of the amide solvent in the washing bath liquid affect the state of extraction of the amide solvent from the fibers and the state of penetration of water from the washing bath into the fibers. For this reason, it is preferable to control the temperature condition and the concentration condition of the amide solvent by setting the washing process in multiple stages for the purpose of bringing them into an optimum state.

温度条件およびアミド系溶媒の濃度条件については、最終的に得られる繊維の品質を満足できるものであれば特に限定されるものではないが、最初の洗浄浴を60℃以上の高温とすると、水の繊維中への浸入が一気に起こるため、繊維中に巨大なボイドが発生し、品質の劣化を招く。このため、最初の洗浄浴は、30℃以下の低温とすることが好ましい。
繊維中に溶媒が残っている場合には、高温下での繊維の着色または変色(特に黄変)を抑制することができず、また、物性低下や収縮、限界酸素指数(LOI)の低下等を生じさせる。このため、本発明の繊維に含まれる溶媒量は0.01〜0.1質量%とする必要があり、0.01〜0.08質量%とすることがより好ましい。特に好ましくは0.01〜0.06質量%の範囲である。
The temperature condition and the concentration condition of the amide solvent are not particularly limited as long as the quality of the finally obtained fiber can be satisfied, but if the initial washing bath is at a high temperature of 60 ° C. or higher, water Intrusion into the fiber occurs all at once, and a huge void is generated in the fiber, resulting in quality degradation. For this reason, it is preferable that the first washing bath has a low temperature of 30 ° C. or lower.
If the solvent remains in the fiber, coloring or discoloration (particularly yellowing) of the fiber at high temperatures cannot be suppressed, and physical properties and shrinkage, limiting oxygen index (LOI), etc. Give rise to For this reason, the amount of the solvent contained in the fiber of the present invention needs to be 0.01 to 0.1% by mass, and more preferably 0.01 to 0.08% by mass. Especially preferably, it is the range of 0.01-0.06 mass%.

[乾熱処理工程]
本発明の繊維を得るためには、上記洗浄工程を経た繊維に対して、好ましくは、乾熱処理工程を実施する。乾熱処理工程においては、上記洗浄工程により洗浄が実施された繊維を、好ましくは100〜250℃、さらに好ましくは100〜200℃の範囲で、乾熱処理する。ここで、乾熱処理は、特に限定されないが定張下が好ましい。
洗浄工程の後、乾燥熱処理工程を引き続いて施すと、ポリマーの流動性を適度に向上させ、配向が進む一方で結晶化を抑制し、繊維の緻密化を促進することができる。なお、上記の乾熱処理の温度は、熱板、加熱ローラー等の繊維加熱手段の設定温度をいう。
[Dry heat treatment process]
In order to obtain the fiber of the present invention, a dry heat treatment step is preferably performed on the fiber that has undergone the washing step. In the dry heat treatment step, the fiber that has been washed in the washing step is preferably dry heat treated at a temperature in the range of 100 to 250 ° C, more preferably 100 to 200 ° C. Here, the dry heat treatment is not particularly limited, but is preferably under constant tension.
When the drying heat treatment step is subsequently performed after the washing step, the fluidity of the polymer can be improved moderately, the crystallization can be suppressed while the orientation proceeds, and the densification of the fibers can be promoted. In addition, the temperature of said dry heat processing says the preset temperature of fiber heating means, such as a hot plate and a heating roller.

[熱延伸工程]
本発明においては、上記乾熱処理工程を経た繊維に対して、熱延伸工程を施す。熱延伸工程においては、310〜335℃で熱処理を加えながら、1.2〜1.8倍内の延伸を実施することが好ましい。熱延伸工程における熱処理温度が335℃を超える高温の場合には、糸が着色し、また、激しく劣化して、破断強度が低下するばかりか、場合によっては破断することがある。一方、310℃を下回る温度では、繊維の十分な結晶化を達成することができず、所望の繊維物性、すなわち破断強度等の力学特性および熱的特性を発現することが困難となる。
熱延伸工程における処理温度と得られる繊維の密度とには、密接な関係がある。特に良好な繊維密度の製品を得るためには、熱延伸工程における熱処理温度を、310〜335℃の範囲とすることが好ましい。なお、熱処理は、乾熱処理とすることが特に好ましく、熱延伸工程における熱処理温度は、熱板、加熱ローラー等の繊維加熱手段の設定温度をいう。
また、熱延伸工程における延伸倍率は、得られる繊維の強度および弾性率の発現に密接な関係がある。本発明の繊維を得るためには、通常、1.2〜1.8倍、好ましくは、1.2〜1.5倍の範囲に設定することが好ましく、当該範囲とすることで、良好な熱延伸性を保持しつつ、必要となる強度および弾性率を発現させることができる。
[Hot drawing process]
In the present invention, a hot drawing step is performed on the fiber that has undergone the dry heat treatment step. In the thermal stretching step, it is preferable to perform stretching within 1.2 to 1.8 times while applying heat treatment at 310 to 335 ° C. When the heat treatment temperature in the hot drawing process is a high temperature exceeding 335 ° C., the yarn is colored and severely deteriorates, not only the breaking strength is lowered, but also it may break. On the other hand, at a temperature lower than 310 ° C., sufficient crystallization of the fiber cannot be achieved, and it becomes difficult to express desired fiber physical properties, that is, mechanical properties such as breaking strength and thermal properties.
There is a close relationship between the treatment temperature in the hot drawing step and the density of the resulting fiber. In order to obtain a product having a particularly good fiber density, it is preferable that the heat treatment temperature in the hot stretching step is in a range of 310 to 335 ° C. The heat treatment is particularly preferably a dry heat treatment, and the heat treatment temperature in the heat drawing step refers to a set temperature of a fiber heating means such as a hot plate or a heating roller.
Further, the draw ratio in the heat drawing step is closely related to the strength and elastic modulus expression of the obtained fiber. In order to obtain the fiber of the present invention, it is usually preferable to set the range of 1.2 to 1.8 times, preferably 1.2 to 1.5 times. Necessary strength and elastic modulus can be expressed while maintaining heat stretchability.

<メタ型全芳香族ポリアミド繊維の用途>
本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、必要に応じて捲縮加工などが施され、適当な繊維等に切断され、紡績その他の次工程に提供される。
かくして、本発明のメタ型全方向族ポリアミド繊維は、その耐熱性、耐炎性、力学特性を生かした各種の用途に応用することができる。例えば、本発明の繊維単独あるいは他の繊維と組み合わせて織編物にし、消防服、防護服などの耐熱耐炎衣料、耐炎性の寝具、インテリア材料として用いることができる。また、不織布としてフィルターなどの各種工業材料として、あるいは、合成紙、複合材料の原料としても有効に使用することができる。
<Use of meta-type wholly aromatic polyamide fiber>
The meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention is subjected to crimping or the like as necessary, cut into a suitable fiber, etc., and provided to spinning and other subsequent processes.
Thus, the meta type omnidirectional polyamide fiber of the present invention can be applied to various uses utilizing its heat resistance, flame resistance and mechanical properties. For example, the fibers of the present invention can be used alone or in combination with other fibers to form a woven or knitted fabric, which can be used as a heat-resistant and flame-resistant garment such as fire-fighting clothes and protective clothing, flame-resistant bedding, and interior materials. Further, it can be effectively used as a nonwoven fabric as various industrial materials such as filters, or as a raw material for synthetic paper and composite materials.

とりわけ、本発明のメタ型全芳香族ポリアミド繊維は、高温下での加工および使用であっても、高強度を維持し、かつ、製品の着色または変色を抑制できる。したがって、高温に曝される状況で使用される用途、例えば、高温用フェルトの基布、高温ガスのフィルターなどの素材、あるいは、高強度であることを生かして、ゴムや樹脂等のマトリックス補強材として、特に有用である。   In particular, the meta-type wholly aromatic polyamide fiber of the present invention can maintain high strength and suppress coloring or discoloration of the product even when processed and used at high temperatures. Therefore, it is used in applications exposed to high temperatures, such as high-temperature felt base fabrics, high-temperature gas filters, or matrix reinforcements such as rubber and resin, taking advantage of high strength. As particularly useful.

以下、実施例などをあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例等によって何等限定されるものではない。なお、「部」および「%」は、特に断らない限り「質量」に基づくものであり、「量比」は、特に断らない限り「質量比」を示す。さらに、紡糸に用いる重合体溶液(紡糸原液)における重合体濃度(PN濃度)は、「全質量部」に対する「重合体の質量%」、すなわち[重合体/(重合体+溶媒+その他)]×100(%)である。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and the like, but the present invention is not limited to these examples and the like. “Part” and “%” are based on “mass” unless otherwise specified, and “quantity ratio” indicates “mass ratio” unless otherwise specified. Further, the polymer concentration (PN concentration) in the polymer solution (spinning stock solution) used for spinning is “% by mass of polymer” with respect to “total mass part”, that is, [polymer / (polymer + solvent + others)]. × 100 (%).

<測定方法>
[固有粘度(IV)]
重合体溶液から芳香族ポリアミドポリマーを単離して乾燥した後、濃硫酸中、ポリマー濃度100mg/100mL硫酸で30℃において測定した。
[単糸繊度]
JIS L 1015に準じ、正量繊度のA法に準拠した測定を実施し、見掛け繊度にて表記した。
[破断強度、破断伸度、初期弾性率]
引張試験機(インストロン社製、型式:5565)を用いて、JIS L 1015に基づき、以下の条件で測定した。
(測定条件)
つかみ間隔:20mm
初荷重:0.044cN(1/20g)/dtex
引張速度:20mm/分
[繊維中に残存する溶媒量(残存溶媒量)N(%)]
洗浄工程の出側にて繊維をサンプリングし、該繊維を遠心分離機(回転数5,000rpm)に10分かけ、このときの繊維質量(M1)を測定した。この繊維を、質量M2gのメタノール中で4時間煮沸し、繊維中のアミド系溶媒および水を抽出した。抽出後の繊維を105℃雰囲気下で2時間乾燥し、乾燥後の繊維質量(P)を測定した。また、抽出液中に含まれるアミド系溶媒の質量濃度(C)を、ガスクロマトグラフにより求めた。
N=[C/100]×[(M1+M2−P)/P]×100
[色相値(L−b)]
得られた繊維、および、300℃の乾燥機中で10分間の熱処理を実施した後の繊維に対して、色相値の測定を行った。具体的には、カラー測色装置(マスベク社製、商品名:マクベスカラーアイ モデルCE−3100)を用いて、以下の測定条件で測定を実施し、色相値(L−b)の変化を求めた。色相値(L−b)は、数値が小さいほど黄変が著しいことを示す。なお、L、bは、JIS Z 8782(10度視野XYZ系による色の表示方法)に規定する三刺激値により求めることができる。
(測定条件)
視野:10度
光源:D65
波長:360〜740nm
<Measurement method>
[Intrinsic viscosity (IV)]
After the aromatic polyamide polymer was isolated from the polymer solution and dried, it was measured in concentrated sulfuric acid at a polymer concentration of 100 mg / 100 mL sulfuric acid at 30 ° C.
[Single yarn fineness]
In accordance with JIS L 1015, the measurement based on the A method of the positive fineness was carried out and expressed in apparent fineness.
[Breaking strength, breaking elongation, initial elastic modulus]
Measurement was performed under the following conditions based on JIS L 1015 using a tensile tester (manufactured by Instron, model: 5565).
(Measurement condition)
Grasp interval: 20mm
Initial load: 0.044 cN (1/20 g) / dtex
Tensile speed: 20 mm / min [amount of solvent remaining in fiber (residual solvent amount) N (%)]
The fibers were sampled on the exit side of the washing step, and the fibers were subjected to a centrifuge (rotation speed: 5,000 rpm) for 10 minutes, and the fiber mass (M1) at this time was measured. This fiber was boiled in methanol having a mass of 2 g for 4 hours to extract the amide solvent and water in the fiber. The fiber after extraction was dried at 105 ° C. for 2 hours, and the fiber mass (P) after drying was measured. Moreover, the mass concentration (C) of the amide solvent contained in the extract was determined by gas chromatography.
N = [C / 100] × [(M1 + M2-P) / P] × 100
[Hue value (L * -b * )]
Hue values were measured for the obtained fiber and the fiber after heat treatment for 10 minutes in a dryer at 300 ° C. Specifically, using a color measuring device (manufactured by Masbek Co., Ltd., trade name: Macbeth Color Eye Model CE-3100), measurement was performed under the following measurement conditions, and the hue value (L * -b * ) was changed. Asked. The hue value (L * -b * ) indicates that yellowing is more remarkable as the numerical value is smaller. Note that L * and b * can be obtained from tristimulus values defined in JIS Z 8882 (color display method by 10-degree visual field XYZ system).
(Measurement condition)
Field of view: 10 degrees Light source: D65
Wavelength: 360-740 nm

<実施例1>
[紡糸原液(紡糸用ドープ)調整工程]
乾燥窒素雰囲気下の反応容器に、水分率が100ppm以下のN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)721.5質量部を秤量し、このDMAc中にメタフェニレンジアミン97.2質量部(50.18モル%)を溶解させ、0℃に冷却した。この冷却したDMAc溶液に、さらにイソフタル酸クロライド(以下IPCと略す)181.3質量部(49.82モル%)を徐々に撹拌しながら添加し、重合反応を行った。粘度変化が止まった後、40分撹拌を継続し、重合反応を完了させた。
次に、平均粒径が10μm以下の水酸化カルシウム粉末を66.6質量部秤量し、重合反応が完了したポリマー溶液に対してゆっくり加え、中和反応を実施した。水酸化カルシウムの投入が完了した後、さらに40分間撹拌して、透明なポリマー溶液を得た。
得られたポリマー溶液からポリメタフェニレンイソフタルアミドを単離してIVを測定したところ、1.25であった。また、ポリマー溶液中のポリマー濃度は、20%であった。
[紡糸工程]
得られたポリマー溶液を紡糸原液として、孔径0.06mm、孔数1,500の紡糸口金から、浴温度20℃、長さ5mの凝固浴中に吐出して紡糸した。凝固液の組成は、DMAc/水(量比)=55/45であり、凝固浴中に糸速5m/分(凝固時間60秒)で吐出して紡糸した。
[可塑延伸工程]
引き続き、温度40度のDMAc/水=60/40の組成の可塑延伸浴中にて7.0倍の延伸倍率で延伸を行った。
[洗浄工程]
可塑延伸の後、20℃のDMAc/水=30/70の浴(浸漬長1.8m)、続いて20℃の水浴(浸漬長3.6m)、60℃の温水浴(浸漬長5.4m)、さらに、80℃の温水浴(7.2m)に順次通して十分に洗浄を行った。
[乾燥熱処理工程]
洗浄後の繊維について、引き続き、表面温度150℃の熱ローラーにて定張下で乾燥熱処理を行った。
[熱延伸工程]
引き続き、表面温度335℃の熱ローラーにて、熱処理を加えながら1.5倍に延伸する熱処理工程を実施し、最終的にポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を得た。
[測定・評価]
得られた繊維(トウ)に対し、各種の測定評価を実施した。結果を表1に示す。
<Example 1>
[Spinning stock solution (spinning dope for spinning) adjustment process]
In a reaction vessel under a dry nitrogen atmosphere, 721.5 parts by mass of N, N-dimethylacetamide (DMAc) having a moisture content of 100 ppm or less was weighed, and 97.2 parts by mass (50.18 mol) of metaphenylenediamine was added to the DMAc. %) Was dissolved and cooled to 0 ° C. To this cooled DMAc solution, 181.3 parts by mass (49.82 mol%) of isophthalic acid chloride (hereinafter abbreviated as IPC) was added while gradually stirring to carry out a polymerization reaction. After the change in viscosity stopped, stirring was continued for 40 minutes to complete the polymerization reaction.
Next, 66.6 parts by mass of calcium hydroxide powder having an average particle size of 10 μm or less was weighed and slowly added to the polymer solution after completion of the polymerization reaction to carry out a neutralization reaction. After the addition of calcium hydroxide was completed, the mixture was further stirred for 40 minutes to obtain a transparent polymer solution.
When polymetaphenylene isophthalamide was isolated from the obtained polymer solution and IV was measured, it was 1.25. The polymer concentration in the polymer solution was 20%.
[Spinning process]
The obtained polymer solution was spun as a spinning stock solution from a spinneret having a pore diameter of 0.06 mm and a pore number of 1,500 into a coagulation bath having a bath temperature of 20 ° C. and a length of 5 m. The composition of the coagulation liquid was DMAc / water (amount ratio) = 55/45, and spinning was performed by discharging into a coagulation bath at a yarn speed of 5 m / min (coagulation time 60 seconds).
[Plastic stretching process]
Subsequently, the film was stretched at a draw ratio of 7.0 in a plastic stretching bath having a composition of DMAc / water = 60/40 at a temperature of 40 degrees.
[Washing process]
After plastic stretching, 20 ° C. DMAc / water = 30/70 bath (immersion length 1.8 m), followed by 20 ° C. water bath (immersion length 3.6 m), 60 ° C. hot water bath (immersion length 5.4 m) ) And then passed through a warm water bath (7.2 m) at 80 ° C. for sufficient washing.
[Dry heat treatment process]
The washed fibers were subsequently subjected to a drying heat treatment under constant tension with a hot roller having a surface temperature of 150 ° C.
[Hot drawing process]
Subsequently, a heat treatment step of stretching 1.5 times while applying heat treatment was performed with a heat roller having a surface temperature of 335 ° C., and finally polymetaphenylene isophthalamide fiber was obtained.
[Measurement / Evaluation]
Various measurement evaluation was implemented with respect to the obtained fiber (tow). The results are shown in Table 1.

<実施例2>
紡糸速度を17m/分(凝固時間18秒)、凝固液の組成をDMAc/水=60/40とした以外は、実施例1と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を製造した。得られた繊維についての各種測定結果を、表1に示す。
<Example 2>
A polymetaphenylene isophthalamide fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the spinning speed was 17 m / min (coagulation time 18 seconds) and the composition of the coagulation liquid was DMAc / water = 60/40. Table 1 shows various measurement results for the obtained fibers.

<比較例1>
凝固液の組成をDMAc/水=40/60とした以外は、実施例1と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を製造した。可塑延伸浴での延伸倍率を7.0倍まで延伸することできず、可塑延伸浴での延伸倍率を4.5倍とした。その他は得られた繊維についての各種測定結果を、表1に示す。
<Comparative Example 1>
A polymetaphenylene isophthalamide fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the composition of the coagulation liquid was DMAc / water = 40/60. The draw ratio in the plastic drawing bath could not be drawn up to 7.0 times, and the draw ratio in the plastic drawing bath was 4.5 times. Others show various measurement results for the obtained fibers in Table 1.

<比較例2>
紡糸速度を23m/分(凝固時間13秒)とした以外は、実施例1と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を製造した。可塑延伸浴での延伸倍率を7.0倍まで延伸することができず、可塑延伸浴での延伸倍率を4.8倍とした。得られた繊維についての各種測定結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
A polymetaphenylene isophthalamide fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the spinning speed was 23 m / min (coagulation time 13 seconds). The draw ratio in the plastic drawing bath could not be drawn up to 7.0 times, and the draw ratio in the plastic drawing bath was 4.8 times. Table 1 shows various measurement results for the obtained fibers.

<比較例3>
凝固浴の浴温度30℃、凝固液の組成をDMAc/水=70/30とした以外は、実施例1と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を製造した。得られた繊維についての各種測定結果を、表1に示す。
<Comparative Example 3>
A polymetaphenylene isophthalamide fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the coagulation bath was 30 ° C. and the composition of the coagulation liquid was DMAc / water = 70/30. Table 1 shows various measurement results for the obtained fibers.

<比較例4>
7.0cN/dtex以上の繊維を得るために、可塑延伸浴中にて16.0倍の延伸倍率で延伸を行った以外は、実施例1と同様にしてポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を製造した。しかし、延伸浴中にて断糸が発生し、安定して繊維を得ることはできなかった。
<Comparative Example 4>
In order to obtain a fiber of 7.0 cN / dtex or more, polymetaphenylene isophthalamide fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the fiber was drawn at a draw ratio of 16.0 times in a plastic drawing bath. . However, yarn breakage occurred in the drawing bath, and fibers could not be obtained stably.

Figure 2018084000
Figure 2018084000

Claims (2)

残存溶媒量が繊維全体の質量に対して0.01〜0.1質量%であり、破断強度が6.1〜7.0cN/dtexであるメタ型全芳香族ポリアミド繊維。   A meta-type wholly aromatic polyamide fiber having a residual solvent amount of 0.01 to 0.1% by mass relative to the mass of the entire fiber and a breaking strength of 6.1 to 7.0 cN / dtex. 請求項1記載のメタ型全芳香族ポリアミド繊維を製造する方法であって、凝固浴におけるアミド系溶媒と水との質量組成比(凝固浴濃度)を55/45〜65/35、凝固時間を15〜70秒として凝固糸を得て、得られた凝固糸を延伸倍率5.0〜15.0倍で可塑延伸するメタ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法。   A method for producing a meta-type wholly aromatic polyamide fiber according to claim 1, wherein the mass composition ratio (coagulation bath concentration) of the amide solvent and water in the coagulation bath is 55/45 to 65/35, and the coagulation time is A method for producing a meta-type wholly aromatic polyamide fiber in which a coagulated yarn is obtained in 15 to 70 seconds, and the obtained coagulated yarn is plastic-drawn at a draw ratio of 5.0 to 15.0 times.
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