JP2020070516A - パラ型全芳香族ポリアミド繊維、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、強化用繊維を扁平断面とすることにより、小型、軽量化の達成が期待できる。
1.繊維軸方向に対して直交する単糸繊維の断面形状が扁平断面を有するパラ型全芳香族ポリアミド繊維であって、以下の条件を満足するパラ型全芳香族ポリアミド繊維である。
(a)前記扁平断面の最長軸(L)とその(L)に直交する最長軸(T1)の比(L/T1)が5.0より大きいパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
(b)前記の最長軸(T1)が30μm以下である。
(c)扁平断面の扁平度の変動係数が10%未満。
そして好ましくは、
2.前記扁平断面の両端3μmを省いた最長軸(L)に直交する最短軸(T2)と最長軸(L)と直交する最長軸(T1)の比(T2/T1)が0.7以上1.0以下である前記1記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維であり、
3.単糸断面積(A1)と単糸の円周が外接する長方形の面積(A2)と比(A2/A1)が1.00以上1.25以下である前記1または2に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維である。また、
4.単糸強力が6.0cN/μm以上である前記1〜3のいずれかに記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維であり、そして、
5.前記パラ型全芳香族ポリアミド繊維を構成するポリマーが、コポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドである前記1〜4のいずれかに記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維である。
また、本発明は以下6の製造方法も提供する。
6.前記全芳香族ポリアミド繊維を製造する方法であって、繊維の形状を形成する紡糸口金の吐出孔が扁平形状であり、前記吐出孔の扁平形状の短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)が0.1以上1.0未満、長軸(L)と短軸端部(W1)との比(L/W1)が10以上の範囲であるパラ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法。
さらには、
7.前記1〜5のいずれかに記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を使用した組み紐であり、
8.前記1〜5のいずれかに記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を使用したコンポジットであり、
9.前記1〜5のいずれかに記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を使用したカテーテル、である。
本発明におけるパラ型全芳香族ポリアミドは、1種または2種以上の2価の芳香族基が、アミド結合により直接連結されたポリマーである。また、芳香族基には、2個の芳香環が酸素、硫黄、または、アルキレン基を介して結合されたもの、あるいは、2個以上の芳香環が直接結合したものも含む。さらに、これらの2価の芳香族基には、メチル基やエチル基等の低級アルキル基、メトキシ基、クロル基等のハロゲン基等が含まれていてもよい。
本発明におけるパラ型全芳香族ポリアミドは、従来公知の方法にしたがって製造することができる。例えば、アミド系極性溶媒中で、芳香族ジカルボン酸ジクロライド(以下「酸クロライド」ともいう)成分と芳香族ジアミン成分とを低温溶液重合、または界面重合などにより反応せしめることにより得ることができる。
(芳香族ジカルボン酸ジクロライド成分)
パラ型全芳香族ポリアミドの製造において使用される芳香族ジカルボン酸クロライド成分としては、特に限定されるものではなく、一般的に公知なものを用いることができる。例えば、テレフタル酸クロライド、2−クロルテレフタル酸クロライド、2,5−ジクロルテレフタル酸クロライド、2,6−ジクロルテレフタル酸クロライド、2,6−ナフタレンジカルボン酸クロライドなどが挙げられる。
パラ型全芳香族ポリアミドの製造において使用される芳香族ジアミン成分としては、特に限定されるものではなく、一般的に公知なものを用いることができる。例えば、p−フェニレンジアミン、2−クロル−p−フェニレンジアミン、2,5−ジクロル−p−フェニレンジアミン、2,6−ジクロル−p−フェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォンなどを挙げることができる。
パラ型全芳香族ポリアミドを重合する際の溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチルカプロラクタムなどの有機極性アミド系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの水溶性エーテル化合物、メタノール、エタノール、エチレングリコールなどの水溶性アルコール系化合物、アセトン、メチルエチルケトンなどの水溶性ケトン系化合物、アセトニトリル、プロピオニトリルなどの水溶性ニトリル化合物などが挙げられる。これらの溶媒は、1種単独であっても、また、2種以上の混合溶媒として使用することも可能である。なお、前記で用いられる溶媒は、脱水されていることが望ましい。
生成するパラ型全芳香族ポリアミドの溶解性を挙げるために、重合前、途中、終了時のいずれかに、一般に公知の無機塩を適当量添加しても差し支えない。このような無機塩としては、例えば、塩化リチウム、塩化カルシウム等が挙げられる。
本発明のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を製造するにあたっては、湿式紡糸法、または半乾半湿式紡糸法を採用し、溶媒を含む均一な紡糸用溶液(ポリマードープ)を調整し、紡糸口金から吐出する。
本発明の全芳香族ポリアミド扁平断面繊維を得るための扁平吐出孔の形状は短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)が、好ましくは0.1以上1.0以下、より好ましくは0.1以上0.9以下、さらに好ましくは0.1以上0.7以下、特に好ましくは0.1以上0.6以下の範囲である。
紡糸口金面から凝固液までのエアギャップは、好ましくは10mm以下、より好ましくは5mm以下、さらに好ましくは3mm以下の範囲である。10mmより長いと、表面エネルギーを安定化させるため、ドープが円形に近づき、扁平性を保つことができない。
本発明の繊維の製造においては、上述の如く調整された紡糸用溶液(ドープ)を用いて、湿式紡糸法またはエアギャップを設けた半乾半湿式紡糸法によって繊維を成形する。すなわち、先ず、上記で得られた紡糸用溶液(ドープ)を吐出孔(ノズル)から吐出し、続いて、凝固浴中の凝固液に接触させて凝固糸を形成する。
次いで、延伸を実施する。延伸の方法としては特に限定されるものではない。延伸倍率については特に制限はないが、少なくとも6倍以上とすることが好ましく、8倍以上とすることがさらに好ましい。延伸倍率を制御することにより、得られる全芳香族ポリアミド繊維の伸度および強度を制御することができる。
本発明の扁平断面を有するパラ型全芳香族ポリアミド繊維は、以下の物性を有する。
本発明の扁平断面を有するパラ型全芳香族ポリアミド繊維は、扁平化された当該繊維の単糸断面の最長軸(L)とそのLと直交する最長軸(T1)(T1は繊維厚みとも称する)の比(L/T1)が5.0より大きく、好ましくは7以上、より好ましくは10以上、さらに好ましくは13以上である。L/Tが5未満では薄肉での強化が十分とは言えない。
本発明の扁平断面を有するパラ型全芳香族ポリアミド繊維は、扁平化された当該繊維の単糸断面の最長軸(L)とそのLと直交する最長軸の長さ(T1)が30μm以下である。好ましくは25μm以下、より好ましくは20μm以下、さらに好ましくは15μm以下、特に好ましくは3μm以下である。30μmより大きい場合は、厚みが大きいため、本発明が目的とする薄さを求められる用途に適さない。
本発明の扁平断面を有するパラ型全芳香族ポリアミド繊維は、その厚みあたりの単糸強力が6.0cN/μm以上である。好ましくは8.0cN/μm、より好ましくは10.0cN/μmである。
本発明の扁平断面を有するパラ型全芳香族ポリアミド繊維は、扁平化された当該繊維の単糸断面の扁平度の変動係数が10%未満である。好ましくは8%未満、より好ましくは5%未満ある。
実施例および比較例においては、下記の項目について、下記の方法によって測定・評価を行った。
(1)扁平断面を有するパラ型全芳香族ポリアミド繊維の扁平度、変動係数と各種平均値
扁平化された当該繊維の任意の単糸10本を、繊維軸方向に対して1cm毎にN=5個カットし、その単糸断面をキーエンス社製デジタルマイクロスコープ(VHX−2000)で観察した。
単糸断面の最長軸(L)とその(L)と直交する最長軸(T1)を測定し、その比(L/T1)の平均値と変動係数を算出した。変動係数=標準偏差÷平均値×100
また、当該繊維の単糸断面の両端3μmを省いた最長軸(L)に直交する最短軸(T2)と単糸断面の最長軸(L)に直交する(T1)を測定し、その比(T2/T1)の平均値を算出した。
さらに、繊維の単糸断面積(A1)と単糸の円周が外接する長方形の面積(A2)を測定し、その比(A2/A1)の平均値を算出した。
引張試験機(INTESCO社製、商品名:INTESCO、型式:201X型)により、糸試験用チャックを用いて、以下の条件で測定を実施した。測定した単糸強力を単糸断面の最長軸(L)に直交する最長軸(T1)で除して、厚みに対する引張強力を算出した。
[測定条件]
温度 :室温
試験速度 :10mm/分
チャック間距離 :25.4mm
組み紐協力は、前記引張試験機を用いて、以下条件にて測定を実施した。
引張試験機(INSTRON社製、商品名:INSTRON、型式:5565型)により、糸試験用チャックを用いて、ASTM D885の手順に基づき、以下の条件で測定を実施した。
[測定条件]
温度 :室温
試験片 :75cm
撚り係数 :1
試験速度 :250mm/分
チャック間距離 :500mm
組み紐外観評価: 1mの組紐を50gの重りでつるし、組紐の表面を目視にて評価する。
[紡糸用溶液の調製工程]
コポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド(共重合モル比が1:1のパラ型全芳香族ポリアミド)の紡糸用溶液(ドープ)を準備した。
紡糸用溶液(ドープ)を、扁平吐出孔の短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)が0.7、長軸(L)と短軸端部(W1)との比(L/W1)が15.0の紡糸口金からエアギャップ10mmを介してNMP濃度30質量%の50℃の水溶液で満たされた凝固浴中に紡出し、凝固糸を得た。その後、得られた凝固糸を水洗し、乾燥した。
延伸温度500℃下で8倍に延伸し、巻き取りを実施することにより、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は5.2、繊維変動係数は4.2%、繊維厚みは5μm、厚みに対する引張強力が7.3cN/dtexで良好であった。得られた繊維特性の結果を表1に示す。
実施例1で得られた繊維4本を1m当り75回の撚糸を行い、ホットメルト系ポリウレタン接着剤にディッピングした。塗布量は繊維100部に対し80部となるよう塗布した。その後、4本のポリウレタン接着剤塗布繊維を組角度が2015度となるように製紐した。この繊維をクリアランス0.1mmの130度に熱した高圧プレスロールにかけ、内部の空隙をホットメルト接着剤で空隙を埋めた。組紐強力43000cN、組紐外観ともに良好であった。
実施例1で得られた繊維を補強材として樹脂コンポジットを作成したところ、高品位で高強度であり厚みが薄い樹脂製品を得ることができた。
実施例1で得られた繊維を用いてカテーテルを作成した。厚みが薄く細径であり、良好であった。
エアギャップを2mmとした以外は、実施例1と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は7.3、繊維変動係数は4.0%、繊維厚みは4μm、厚みに対する引張強力が7.7cN/dtexで良好であった。得られた繊維特性の結果を表1に示す。
扁平吐出孔の短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)を0.7、長軸(L)と短軸端部(W1)との比(L/W1)を20.0とした以外は、実施例1と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は6.0、繊維変動係数は4.6%、繊維厚みは5μm、厚みに対する引張強力が8.4cN/dtexで良好であった。得られた繊維特性の結果を表1に示す。
エアギャップを2mmとした以外は、実施例3と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は8.8、繊維変動係数は4.5%、繊維厚みは4μm、厚みに対する引張強力が9.4cN/dtexで良好であった。得られた繊維特性の結果を表1に示す。
扁平吐出孔の短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)を0.4、長軸(L)と短軸端部(W1)との比(L/W1)を30.0とした以外は、実施例1と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は10.5、繊維変動係数は4.8%、繊維厚みは4μm、厚みに対する引張強力が8.9cN/dtexで良好であった。得られた繊維特性の結果を表1に示す。
エアギャップを2mmとした以外は、実施例5と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は14.6、繊維変動係数は4.4%、繊維厚みは3μm、厚みに対する引張強力が9.8cN/dtexであった。扁平度が高いにもかかわらず繊維変動係数、物性が良好であった。得られた繊維特性の結果を表1に示す。
扁平吐出孔の短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)を0.4、長軸(L)と短軸端部(W1)との比(L/W1)を40.0とした以外は、実施例1と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は13.7、繊維変動係数は4.9%、繊維厚みは4μm、厚みに対する引張強力が10.3cN/dtexであった。扁平度が高いにもかかわらず、繊維変動係数、物性が良好であった。得られた繊維特性の結果を表1に示す。
エアギャップを2mmとした以外は、実施例7と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は18.9、繊維変動係数は4.2%、繊維厚みは3μm、厚みに対する引張強力が10.7cN/dtexであった。扁平度がかなり高いにもかかわらず、繊維変動係数、物性が良好であった。得られた繊維の物性を表1に示す。
扁平吐出孔の短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)を0.95、長軸(L)と短軸端部(W1)との比(L/W1)を55.0とした以外は、実施例1と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は17.0、繊維変動係数は7.8%、繊維厚みは3μm、厚みに対する引張強力が11.4cN/dtexであった。扁平度がかなり高いにもかかわらず、繊維変動係数、物性が良好であった。得られた繊維の物性を表2に示す。
エアギャップを2mmとした以外は、実施例9と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は20.1、繊維変動係数は6.8%、繊維厚みは3μm、厚みに対する引張強力が12.4cN/dtexであった。扁平度がかなり高いにもかかわらず、繊維変動係数、物性が良好であった。得られた繊維の物性を表2に示す。
扁平吐出孔の短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)を1.0とした以外は、実施例6と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は4.2、繊維変動係数は4.5%、繊維厚みは10μm、厚みに対する引張強力が4.3cN/dtexであった。扁平性が保てず扁平度、断面積比が悪化し、さらに厚みに対する引張強力も低下した。得られた繊維の物性を表2に示す。
扁平吐出孔の長軸(L)と短軸端部(W1)との比(L/W1)を8.0とした以外は、実施例6と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は3.8、繊維変動係数は4.5%、繊維厚みは6μm、厚みに対する引張強力が8.1cN/dtexで良好であった。扁平性が保てず扁平度、断面積比が悪化した。得られた繊維の物性を表2に示す。
エアギャップを15mmとした以外は、実施例5と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は3.9、繊維変動係数は6.8%、繊維厚みは14μm、厚みに対する引張強力が3.1cN/dtexであった。扁平性が保てず扁平度、断面積比が悪化し、さらに厚みに対する引張強力も低下した。得られた繊維の物性を表2に示す。
吐出孔を円形状とした以外は、実施例1と同様の方法で、コポリパラフェニレン・3、4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維を得た。得られた繊維の繊維扁平度は1.0、繊維変動係数は2.2%、繊維厚みは15μm、厚みに対する引張強力が2.8cN/dtexであった。得られた繊維の物性を表2に示す。
比較例4で得た繊維4本を1m当り75回の撚糸を行い、ホットメルト系ポリウレタン接着剤にディッピングした。塗布量は繊維100部に対し80部となるよう塗布した。その後、4本のポリウレタン接着剤塗布繊維を組角度が2015度となるように製紐した。この繊維をクリアランス0.1mmの130度に熱した高圧プレスロールにかけ、内部の空隙をホットメルト接着剤で空隙を埋めた。組紐強力38000cNと、プレス工程で繊維間の衝突により強力が低下した。
比較例4で得られた繊維を補強材として樹脂コンポジットを作成したところ、本発明が目的とする厚みが薄い樹脂製品を得ることができなかった。
比較例4で得られた繊維を用いてカテーテルを作成した。本発明が目的とする厚みが薄く細径なものを得ることができなかった。
比較例4で得た断面形状が円状の繊維をニップローラーにより押し潰し、扁平形状とした。得られた繊維の繊維扁平度は5.3、繊維変動係数は33.8%、繊維厚みは8μm、厚みに対する引張強力が2.7cN/dtexであったこの時、均一な断面形状が得られず、また単糸の強度が著しく低下した。得られた繊維の物性を表2に示す。
Claims (9)
- 繊維軸方向に対して直交する単糸繊維の断面形状が扁平断面を有するパラ型全芳香族ポリアミド繊維であって、以下の条件を満足するパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
(a)前記扁平断面の最長軸(L)とその(L)に直交する最長軸(T1)の比(L/T1)が5.0より大きいパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
(b)前記の最長軸(T1)が30μm以下である。
(c)扁平断面の扁平度の変動係数が10%未満。 - 前記扁平断面の、両端3μmを省いた最長軸(L)に直交する最短軸(T2)と最長軸(L)と直交する最長軸(T1)との比(T2/T1)が0.7以上1.0以下である請求項1に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
- 単糸断面積(A1)と単糸の円周が外接する長方形の面積(A2)と比(A2/A1)が1.00以上1.25以下である請求項1または2に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
- 単糸強力が6.0cN/μm以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
- 前記パラ型全芳香族ポリアミド繊維を構成するポリマーが、コポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドである請求項1〜4のいずれか1項に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
- 前記全芳香族ポリアミド繊維を製造する方法であって、繊維の形状を形成する紡糸口金の吐出孔が扁平形状であり、前記吐出孔の扁平形状の短軸の端部(W1)と中心部(W2)との比(W2/W1)が0.1以上1.0未満、長軸(L)と短軸端部(W1)との比(L/W1)が10以上の範囲であるパラ型全芳香族ポリアミド繊維の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を使用した組み紐。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を使用した樹脂コンポジット。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を使用したカテーテル。
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