JP2022137820A - Conductive, heat-resistant and highly tough fiber, and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

To provide a conductive, heat-resistant and highly tough fiber which has strength and elongation capable of being suitably used for applications requiring flexibility such as protective clothing use while having high heat resistance and which is highly electroconductive.SOLUTION: The conductive, heat-resistant and highly tough fiber has an electric resistivity of 103 Ω cm or less, a breaking strength of 3.5 to 10 cN/dtex, a breaking elongation of 10 to 30%, and a melting point of 290°C or higher.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は導電性耐熱性高タフネス繊維、およびその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、強度、伸度、耐熱性、および導電性の物性のバランスが優れていることを特徴とする導電性耐熱性高タフネス繊維、およびその製造方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a conductive heat-resistant high-toughness fiber and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a conductive heat-resistant high-toughness fiber characterized by an excellent balance of strength, elongation, heat resistance, and conductive physical properties, and a method for producing the same.

近年、紡糸技術の発展により、様々な繊維が工業化され、繊維を構成する化学構造と紡糸条件を選択することで、求められる性能・用途に応じた物性をもつ繊維が開発・製造されている。 In recent years, with the development of spinning technology, various fibers have been industrialized, and by selecting the chemical structure and spinning conditions that make up the fiber, fibers with physical properties according to the required performance and use are developed and manufactured.

そして、導電性を有する繊維は、その使用方法により導電性を付与するという効果の他に、除電性能を付与する場合にも好適に用いることができる。このような性質から導電性繊維は汎用繊維を中心として衣料や産業用途に応用され、今日においても重要な機能性繊維のひとつである。導電性繊維については、種々な製造方法が開示されており、例えば繊維表面に金属メッキを施して導電性を付与するものや、導電性粒子を原料ポリマー中に充填し紡糸することで導電性を付与する方法が存在する。 In addition to the effect of imparting conductivity depending on the method of use, fibers having conductivity can also be suitably used when imparting static elimination performance. Because of these properties, conductive fibers are mainly used as general-purpose fibers and applied to clothing and industrial applications, and are still one of the most important functional fibers today. Various manufacturing methods of conductive fibers have been disclosed, for example, the fiber surface is plated with a metal to impart conductivity, and the raw material polymer is filled with conductive particles and spun to provide conductivity. There is a way to give

一方で、材料開発において必要な性能として耐熱性が挙げられる。例えば、全芳香族ポリアミドからなる繊維(アラミド繊維と称する場合がある)は、高強度・耐熱性・難燃性繊維として特に有用なものである。これまでに汎用的に普及している導電性繊維はナイロンやアクリル繊維などであり、耐熱性が求められる用途には不適な場合がある。しかし、全芳香族ポリアミドのような耐熱繊維に導電性を付与することができれば、用途の拡大が期待できる。 On the other hand, heat resistance is one of the performances required in material development. For example, fibers made of wholly aromatic polyamide (sometimes referred to as aramid fibers) are particularly useful as high-strength, heat-resistant, and flame-retardant fibers. Conductive fibers that have been widely used so far are nylon and acrylic fibers, which may not be suitable for applications that require heat resistance. However, if electrical conductivity can be imparted to heat-resistant fibers such as wholly aromatic polyamides, the range of applications can be expected to expand.

このような全芳香族ポリアミド繊維に導電性を付与する試みはこれまでにも開示されている。例えば、特開平2-216264号公報(特許文献1)、および特開2006-2213号公報(特許文献2)では、アラミド繊維表面に硫化銅または銀をコーティングする方法により導電性の付与を実現している。特開2006-342471号公報(特許文献3)では、カーボンナノチューブ及びカーボンナノチューブ以外の導電性微粒子を紡糸溶液内に添加し紡糸することで、導電性パラ型アラミド繊維を得る方法が開示されている。 Attempts to impart conductivity to such wholly aromatic polyamide fibers have been disclosed so far. For example, in JP-A-2-216264 (Patent Document 1) and JP-A-2006-2213 (Patent Document 2), conductivity is imparted by a method of coating copper sulfide or silver on the surface of aramid fibers. ing. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-342471 (Patent Document 3) discloses a method of obtaining a conductive para-aramid fiber by adding carbon nanotubes and conductive fine particles other than carbon nanotubes to a spinning solution and spinning. .

しかしながら、導電性を付与するために繊維表面にコーティングする方法では、表面処理加工が必要であり、生産性に課題があり、品質面では、摩耗などによる耐久性に問題がある。 However, the method of coating the fiber surface to impart conductivity requires surface treatment, which poses a problem in terms of productivity, and in terms of quality, there is a problem in durability due to wear and the like.

また、導電性微粒子を樹脂中に添加、混合し紡糸する方法では、繊維内部に導電性微粒子を保持させるため、導電率の耐久性は比較的高くなるが、繊維の機械物性の低下に繋がり、充分な強度を得ることができなかった。
そこで、導電性を有しつつも、高耐熱性、高物性を保持するバランスがとれた繊維が求められていた。
In addition, in the method of adding and mixing conductive fine particles in a resin and spinning, the conductive fine particles are held inside the fiber, so the durability of the conductivity is relatively high, but it leads to the deterioration of the mechanical properties of the fiber. Sufficient strength could not be obtained.
Therefore, there has been a demand for a well-balanced fiber that maintains high heat resistance and high physical properties while having conductivity.

特開平2-216264号公報JP-A-2-216264 特開2006-2213号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-2213 特開2006-342471号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-342471

本発明の目的は、前述した背景の通り、高耐熱性を有しながらも、強度と伸度を有し、さらには高い電気伝導性を有する導電性耐熱性高タフネス繊維を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a conductive heat-resistant high-toughness fiber having high heat resistance, strength and elongation, and high electrical conductivity, as described above. .

本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討をおこなった結果、複数の特定のモノマーを特定の比率で共重合にしたポリマーに導電性微粒子を付与し、繊維とすることにより、高耐熱性、強度、伸度のバランスを有し、高い電気伝導性を有する導電性耐熱性高タフネス繊維が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that by imparting conductive fine particles to a polymer obtained by copolymerizing a plurality of specific monomers in a specific ratio to form a fiber, a high The inventors have found that it is possible to obtain a conductive heat-resistant and high-toughness fiber having a balance of heat resistance, strength and elongation and high electrical conductivity, and have completed the present invention.

すなわち本発明によれば、
1.電気抵抗率が10Ωcm以下、破断強度が3.5~10cN/dtex、破断伸度が10~30%、融点が290℃以上であることを特徴とする導電性耐熱性高タフネス繊維、
2.繊維中に導電性微粒子を6~40質量%含む、前記1記載の導電性耐熱性高タフネス繊維、
3.導電性微粒子が導電性カーボンブラックである前記2に記載の導電性耐熱性高タフネス繊維、
4.導電性耐熱性高タフネス繊維が、メタフェニレンテレフタルアミド単位および/またはメタフェニレンイソフタルアミド単位と、パラフェニレンテレフタルアミド単位および/またはパラフェニレンイソフタルアミド単位と、を含む構造から構成される共重合アラミド重合体からなる、前記1~3のいずれか1つに記載の導電性耐熱性高タフネス繊維、5.導電性耐熱性高タフネス繊維が、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、イソフタロイル、テレフタロイルの群から選ばれる少なくとも3種類の構造を含み、メタフェニレンジアミンおよび/またはイソフタロイルモノマー単位と、パラフェニレンジアミンおよび/またはテレフタロイルモノマー単位のモル比率が50以上70未満:50以下30より大きい範囲である前記1~4のいずれか1つに記載の導電性全芳香族ポリアミド繊維、そして、
6.導電性耐熱性高タフネス繊維の製造方法であって、
メタフェニレンテレフタルアミド単位および/またはメタフェニレンイソフタルアミド単位と、パラフェニレンテレフタルアミド単位および/またはパラフェニレンイソフタルアミド単位と、を含む構造から構成され、前記それぞれのアミド単位は、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、イソフタロイル、テレフタロイルの群から選ばれる少なくとも3種類の構造を含み、メタフェニレンジアミンおよび/またはイソフタロイルモノマー単位とパラフェニレンジアミンおよび/またはテレフタロイルモノマー単位のモル比率が50以上70未満:50以下30より大きい範囲であり、重量平均分子量が40万~100万である共重合アラミド重合体を用いて、以下(1)~(5)のステップで製造し、かつ(6)の製造条件を満足する、導電性耐熱性高タフネス繊維の製造方法、
(1).前記共重合アラミド重合体をアミド系溶媒に10~30質量%の範囲で溶解させ、導電性微粒子を共重合アラミド重合体に対して6~40質量%分散させて紡糸用ドープとし、紡糸口金に通し、
(2).アミド系溶媒を1~20質量%含む水性凝固浴中に紡出して凝固し、
(3).水性洗浄浴水洗し、引き続き沸水延伸浴中で1.1~5.0倍の範囲で延伸し、(4).100~250℃の範囲で乾熱処理を行い、
(5).290~380℃の範囲で熱処理を加えながら、延伸倍率2.0~10.0倍の範囲で熱延伸し、
(6).前記沸水延伸倍率と前記熱延伸倍率の合計延伸倍率が5倍以上である。
That is, according to the present invention,
1. A conductive heat-resistant high-toughness fiber characterized by having an electrical resistivity of 10 3 Ωcm or less, a breaking strength of 3.5 to 10 cN/dtex, a breaking elongation of 10 to 30%, and a melting point of 290° C. or higher;
2. 1. The conductive heat-resistant high-toughness fiber according to 1 above, which contains 6 to 40% by mass of conductive fine particles in the fiber;
3. 2. The conductive heat-resistant high-toughness fiber according to 2 above, wherein the conductive fine particles are conductive carbon black;
4. A copolymer aramid polymer in which the conductive heat-resistant high-toughness fibers are composed of a structure containing metaphenylene terephthalamide units and/or metaphenylene isophthalamide units and paraphenylene terephthalamide units and/or paraphenylene isophthalamide units. 4. The conductive heat-resistant high-toughness fiber according to any one of 1 to 3 above, which is composed of coalescence; The conductive heat-resistant high-toughness fiber contains at least three structures selected from the group of meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, isophthaloyl, and terephthaloyl, meta-phenylenediamine and/or isophthaloyl monomer units, para-phenylenediamine and / or the conductive wholly aromatic polyamide fiber according to any one of the above 1 to 4, wherein the molar ratio of terephthaloyl monomer units is in the range of 50 or more and less than 70:50 or less and more than 30;
6. A method for producing a conductive heat-resistant high-toughness fiber, comprising:
A structure containing a meta-phenylene terephthalamide unit and/or a meta-phenylene isophthalamide unit and a para-phenylene terephthalamide unit and/or a para-phenylene isophthalamide unit, wherein the amide units are meta-phenylenediamine and para-phenylene Containing at least three structures selected from the group of diamine, isophthaloyl, and terephthaloyl, the molar ratio of meta-phenylenediamine and/or isophthaloyl monomer units to para-phenylenediamine and/or terephthaloyl monomer units is 50 or more and less than 70: Using a copolymerized aramid polymer having a weight average molecular weight in the range of 50 or less and greater than 30 and having a weight average molecular weight of 400,000 to 1,000,000, the following steps (1) to (5) are performed, and the manufacturing conditions of (6) A method for manufacturing a conductive heat-resistant high-toughness fiber that satisfies
(1). The copolymerized aramid polymer is dissolved in an amide solvent in the range of 10 to 30% by mass, and the conductive fine particles are dispersed in the copolymerized aramid polymer at 6 to 40% by mass to prepare a dope for spinning, and a spinneret. through,
(2). coagulated by spinning in an aqueous coagulation bath containing 1 to 20% by mass of an amide solvent;
(3). (4) washing with water in an aqueous washing bath, followed by drawing in a boiling water drawing bath in a range of 1.1 to 5.0 times; Perform dry heat treatment in the range of 100 to 250 ° C,
(5). While applying heat treatment in the range of 290 to 380 ° C., hot drawing is performed at a draw ratio of 2.0 to 10.0 times,
(6). The total draw ratio of the boiling water draw ratio and the hot draw ratio is 5 times or more.

本発明で得られる導電性耐熱性高タフネス繊維は、250℃以上の使用環境に耐えうる耐熱性を有し、破断強度が3.5~10cN/dtexかつ伸度が10~30%の物性を有しながら、電気抵抗率が10Ωcm以下と、これまでにない高い導電性を示すことから、例えば、強度と柔軟性をおよび高い静電性が必要な防護衣料用途などにおいて好適に使用することができる。 The conductive heat-resistant high-toughness fiber obtained by the present invention has heat resistance that can withstand a use environment of 250 ° C. or higher, and has physical properties such as a breaking strength of 3.5 to 10 cN / dtex and an elongation of 10 to 30%. While having an electrical resistivity of 10 3 Ωcm or less, it exhibits unprecedentedly high conductivity, so it is suitable for use in protective clothing applications that require strength, flexibility, and high electrostaticity, for example. be able to.

以下、本発明について詳細を説明する。
本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維は、電気抵抗率が10Ωcm以下、破断強度が3.5~10cN/dtex、破断伸度が10~30%、融点が290℃以上であることを特徴とする。
The present invention will be described in detail below.
The conductive heat-resistant high-toughness fiber of the present invention has an electrical resistivity of 10 3 Ωcm or less, a breaking strength of 3.5 to 10 cN/dtex, a breaking elongation of 10 to 30%, and a melting point of 290° C. or higher. Characterized by

かかる導電性耐熱性高タフネス繊維を構成するポリマーとして、全芳香族ポリアミド(以下、アラミドと称する場合がある)が挙げられ、具体的には芳香族ジアミン成分と芳香族ジカルボン酸成分とから構成されるものであり、かかる芳香族ジアミン成分、芳香族ジカルボン酸成分が、それぞれ、メタ型、パラ型の少なくとも1つの構造を有し、これらの共重合により合成されるものである。 Polymers constituting such conductive heat-resistant and high-toughness fibers include wholly aromatic polyamides (hereinafter sometimes referred to as aramids), specifically composed of an aromatic diamine component and an aromatic dicarboxylic acid component. The aromatic diamine component and the aromatic dicarboxylic acid component each have at least one of meta-type and para-type structures, and are synthesized by copolymerization of these.

本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維において、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、メタフェニレンテレフタルアミド単位および/またはメタフェニレンイソフタルアミド単位と、パラフェニレンテレフタルアミド単位および/またはパラフェニレンイソフタルアミド単位と、を含む構造から構成される共重合アラミド重合体からなる全芳香族ポリアミドである。 In the conductive heat-resistant high-toughness fiber of the present invention, preferably used are metaphenylene terephthalamide units and/or metaphenylene isophthalamide units and paraphenylene terephthalamide from the viewpoint of mechanical properties, heat resistance, and flame retardancy. It is a wholly aromatic polyamide comprising a copolymerized aramid polymer composed of a structure containing amide units and/or paraphenyleneisophthalamide units.

本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維において、好ましくは、全芳香族ポリアミドがランダム共重合されており、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、イソフタロイル、テレフタロイルの群から選ばれる少なくとも3種類の構造を含み、メタフェニレンジアミンおよび/またはイソフタロイルモノマー単位のモル%が全体の50以上70未満、パラフェニレンジアミンおよび/またはテレフタロイルモノマー単位のモル%が全体の50以下30超過であることが好ましく、メタフェニレンジアミンおよび/またはイソフタロイルモノマー単位のモル%が全体の50以上67未満、パラフェニレンジアミンおよび/またはテレフタロイルモノマー単位のモル%が全体の50以下33超過であることがより好ましい。メタフェニレンジアミンおよび/またはイソフタロイルモノマー単位のモル%が70以上であった場合、目的の強度を達成することができない。また、メタフェニレンジアミンおよび/またはイソフタロイルモノマー単位のモル%が50未満であった場合、得られるポリマーは後述するアミド系溶媒に溶解しないため、紡糸することができない。なお、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、イソフタロイル、テレフタロイルの組み合わせを下記表1に示す。本発明は、例1~4に示すような、少なくとも3種類の構造を含むことが好ましく、例5のように4種類の構造を含むことが特に好ましい。 In the conductive heat-resistant high-toughness fiber of the present invention, preferably, a wholly aromatic polyamide is randomly copolymerized and contains at least three structures selected from the group of metaphenylenediamine, paraphenylenediamine, isophthaloyl, and terephthaloyl. , the mol% of meta-phenylenediamine and/or isophthaloyl monomer units is 50 or more and less than 70, and the mol% of paraphenylenediamine and/or terephthaloyl monomer units is 50 or less and more than 30. More preferably, the mol% of meta-phenylenediamine and/or isophthaloyl monomer units is 50 or more and less than 67 mol%, and the mol% of paraphenylenediamine and/or terephthaloyl monomer units is 50 or less and more than 33 mol% of the whole. If the mol% of metaphenylenediamine and/or isophthaloyl monomer units is 70 or more, the desired strength cannot be achieved. Further, when the mol % of meta-phenylenediamine and/or isophthaloyl monomer units is less than 50, the resulting polymer cannot be spun because it does not dissolve in the amide solvent described later. Table 1 below shows combinations of meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, isophthaloyl and terephthaloyl. The present invention preferably includes at least three structures, such as those shown in Examples 1-4, and particularly preferably four structures, such as Example 5.

Figure 2022137820000001
Figure 2022137820000001

前記全芳香族ポリアミドの原料となる芳香族ジアミン成分としては、メタフェニレンジ
アミンまたはパラ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を例示することができる。
Examples of the aromatic diamine component as a raw material for the wholly aromatic polyamide include meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenyl sulfone, etc., and halogens in the aromatic rings thereof. Derivatives having a substituent such as an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms can be exemplified.

本発明の全芳香族ポリアミドを構成する芳香族ジカルボン酸成分の原料としては、例えば、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、イソフタロイルモノマーである、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を例示することができる。同様に、パラ型芳香族ジカルボン酸ハライドとしては、テレフタロイルモノマーであるテレフタル酸クロライド、テレフタル酸ブロマイド等のテレフタル酸ハライド、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を例示することができる。 Examples of raw materials for the aromatic dicarboxylic acid component constituting the wholly aromatic polyamide of the present invention include aromatic dicarboxylic acid halides. Examples of meta-type aromatic dicarboxylic acid halides include isophthaloyl monomers such as isophthaloyl chloride and isophthaloyl bromide, and substituents such as halogens and alkoxy groups having 1 to 3 carbon atoms on the aromatic rings thereof. can be exemplified. Similarly, para-type aromatic dicarboxylic acid halides include terephthaloyl chloride, which is a terephthaloyl monomer, terephthaloyl halides such as terephthaloyl bromide, and halogens, alkoxy groups having 1 to 3 carbon atoms, etc. on the aromatic rings thereof. can be exemplified as a derivative having a substituent of

本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維に好適に用いることができる全芳香族ポリアミドの重合方法としては、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する方法(界面重合、特公昭47-10863号公報)、またはアミド系溶媒で上記ジアミンと酸クロライドを溶液重合し次いで水酸化カルシウム、酸化カルシウム等で中和する方法(溶液重合、特開平8-074121号公報、特開平10-88421号公報)などに記載の方法が挙げられるが、これに限定されるものではない。 As a polymerization method for the wholly aromatic polyamide that can be suitably used for the conductive heat-resistant high-toughness fiber of the present invention, an organic solvent system (eg, tetrahydrofuran) which is not a good solvent for the resulting polyamide containing metaphenylenediamine and isophthalic chloride is used. ) with an aqueous solution system containing an inorganic acid acceptor and a soluble neutral salt (interfacial polymerization, JP-B-47-10863) to isolate a powder of polymetaphenylene isophthalamide polymer; Alternatively, the above diamine and acid chloride are solution-polymerized in an amide solvent, and then neutralized with calcium hydroxide, calcium oxide, etc. (solution polymerization, JP-A-8-074121, JP-A-10-88421). method, but is not limited thereto.

なお、本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維に好適に用いられる共重合アラミド重合体(全芳香族ポリアミド共重合体ともいう)の重量平均分子量は、実用に耐え得る破断強度を持つ繊維を形成し得る観点から、後述する分析方法に従い40万~100万であることが必要である。なお、重量平均分子量40万に満たない場合、破断強度が著しく減少するだけでなく、安定な紡糸を行うことができなくなる。また、分子量が100万を超える場合、後述する全芳香族ポリアミド溶液を作製し紡出する際、粘度が高すぎるため取扱が難しく、専用の設備が必要となってしまう。 The weight-average molecular weight of the copolymer aramid polymer (also referred to as a wholly aromatic polyamide copolymer) suitably used for the conductive heat-resistant high-toughness fiber of the present invention forms a fiber having a breaking strength that can withstand practical use. From the point of view that it is possible, it is necessary to be 400,000 to 1,000,000 according to the analysis method described later. If the weight-average molecular weight is less than 400,000, not only is the strength at break remarkably reduced, but also stable spinning cannot be carried out. Further, when the molecular weight exceeds 1,000,000, the viscosity becomes too high when preparing and spinning a wholly aromatic polyamide solution, which will be described later, making it difficult to handle and requiring dedicated equipment.

なお、前述で規定する分子量範囲のポリマーは、低分子量ポリマーと高分子量ポリマーの混合物を使用することができ、混合比の調整により全体分子量が規定する分子量範囲の値であればよい。例えば、重量平均分子量が20万のポリマーと80万のポリマーを混合し、この混合されたポリマーの重量平均分子量が60万であった場合、本発明で規定する分子量範囲のため、利用は何ら問題ない。 A mixture of a low-molecular-weight polymer and a high-molecular-weight polymer can be used as the polymer within the molecular weight range defined above, and the total molecular weight is defined by adjusting the mixing ratio. For example, when a polymer having a weight average molecular weight of 200,000 and a polymer having a weight average molecular weight of 800,000 are mixed, and the weight average molecular weight of the mixed polymer is 600,000, there is no problem in using the molecular weight range defined in the present invention. do not have.

本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維において、電気抵抗率の特性を得るために導電性微粒子を6~40質量%含むことが好ましい。
本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維は、上記の製造方法によって得られた全芳香族ポリアミドおよび導電性微粒子を用いて、以下に説明する紡糸液調製工程、紡糸・凝固工程、洗浄工程、沸水延伸工程、乾熱処理工程、熱延伸工程を経て製造される。
The conductive heat-resistant high-toughness fiber of the present invention preferably contains 6 to 40% by mass of conductive fine particles in order to obtain electrical resistivity characteristics.
The electrically conductive, heat-resistant, high-toughness fiber of the present invention is produced by using the wholly aromatic polyamide and the electrically conductive fine particles obtained by the above-described production method, and performing the following steps of preparing a spinning solution, spinning and solidifying, washing, and boiling water. It is manufactured through a drawing process, a dry heat treatment process, and a hot drawing process.

[紡糸液調製工程]
紡糸液調製工程においては、例えば、全芳香族ポリアミドおよび導電性微粒子を溶媒に溶解、分散させて、紡糸液(ドープ)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、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。これらの中では溶解性と取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。
[Spinning solution preparation step]
In the spinning solution preparation step, for example, a wholly aromatic polyamide and conductive fine particles are dissolved and dispersed in a solvent to prepare a spinning solution (dope). In preparing the spinning solution, an amide-based solvent is usually used, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), and dimethylacetamide (DMAc). Among these, it is preferable to use NMP or DMAc from the viewpoint of solubility and handling safety.

紡糸液中の全芳香族ポリアミドの濃度としては、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、通常は10~30質量%の範囲とすることが必要である。安定な紡糸を達成するためには15~25質量%の範囲とすることがより好ましい。 As the concentration of the wholly aromatic polyamide in the spinning solution, an appropriate concentration may be appropriately selected from the viewpoint of the coagulation rate and polymer solubility in the subsequent spinning/coagulation step, and is usually 10 to 30. It is necessary to make it into the range of mass %. In order to achieve stable spinning, the range of 15 to 25% by mass is more preferable.

導電性微粒子の濃度は、繊維を構成する全芳香族ポリアミドに対して6~40質量%添加することが好ましく、10~35%がより好ましく、20~30質量%がさらに好ましい。導電性微粒子の濃度が6質量%に満たなかった場合、目的の導電性を発揮できなくなり、40質量%を超える場合、目的の強度を得ることができない。ここで、導電性微粒子とは金属微粒子、金属酸化物ないしはカーボンブラック(導電性カーボンブラックとも称す)など、それ自体が導電性能を示す物質であって、繊維形成を阻害するようなものでなければ特に限定されないが、製造技術から見て本発明においては導電性カーボンブラックが好ましい。 The concentration of the conductive fine particles is preferably 6 to 40% by mass, more preferably 10 to 35%, even more preferably 20 to 30% by mass, based on the wholly aromatic polyamide constituting the fiber. If the concentration of the conductive fine particles is less than 6% by mass, the desired conductivity cannot be exhibited, and if it exceeds 40% by mass, the desired strength cannot be obtained. Here, the conductive fine particles are metal fine particles, metal oxides, carbon black (also referred to as conductive carbon black), and the like, which themselves exhibit conductive performance, unless they inhibit fiber formation. Although not particularly limited, conductive carbon black is preferred in the present invention from the standpoint of manufacturing technology.

導電性カーボンブラックは、その表面固有抵抗が、温度20℃及び湿度65%条件下で測定したときに10~10Ωであることが好ましく、10~10Ωがより好ましく、10~10Ωがより好ましい。導電性カーボンブラックの表面固有抵抗が上記範囲内であると、本発明の目的である電気抵抗率を有する導電性耐熱性高タフネス繊維を得るために好ましい。 The conductive carbon black preferably has a surface specific resistance of 10 to 10 8 Ω, more preferably 10 2 to 10 6 Ω, and more preferably 10 3 to 10 Ω when measured at a temperature of 20°C and a humidity of 65%. 10 5 Ω is more preferred. If the surface resistivity of the conductive carbon black is within the above range, it is preferable for obtaining a conductive heat-resistant high-toughness fiber having electrical resistivity, which is the object of the present invention.

なお、導電性カーボンブラックの表面固有抵抗(Ω)は、後記の実施例1で得たポリマー溶液に、導電性カーボンブラックをポリマーに対して25%添加し、3mlアプリケーターでガラス布上に塗工したのち水洗乾燥し、これを電気炉で330℃×2分間熱処理してテストピースを得て、ハイレスタUP(三菱化学社製)で表面固有抵抗を測定する。 The surface specific resistance (Ω) of the conductive carbon black is obtained by adding 25% of the conductive carbon black to the polymer solution obtained in Example 1 below, and applying it on the glass cloth with a 3 ml applicator. After that, it is washed with water and dried, and heat-treated in an electric furnace at 330° C. for 2 minutes to obtain a test piece, and the surface specific resistance is measured with Hiresta UP (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd.).

また、導電性カーボンブラックの粒子径は、繊維断面に対して十分に小さければ特に問題はないが、粒子径の大きさが5~500nmの範囲にあることが好ましく、10~50nmの範囲であることがさらに好ましい。粒子径が500nmより大きいと繊維強度の低下を招き、粒子径が5nmに満たないと、自己凝集による分散性悪化が起こる。 In addition, the particle size of the conductive carbon black is not particularly problematic as long as it is sufficiently small relative to the cross section of the fiber, but the particle size is preferably in the range of 5 to 500 nm, more preferably in the range of 10 to 50 nm. is more preferred. If the particle size is larger than 500 nm, the fiber strength is lowered, and if the particle size is less than 5 nm, the dispersibility deteriorates due to self-aggregation.

本発明ではドープ中に無機塩を導入してもよく、ドープに対して0~20質量%の無機塩を含むことが好ましく、安定した紡糸性を得るためには0~10質量%の無機塩を含むことがより好ましい。 In the present invention, an inorganic salt may be introduced into the dope, preferably 0 to 20% by mass of the inorganic salt relative to the dope, and 0 to 10% by mass of the inorganic salt to obtain stable spinnability. It is more preferable to include

ここで、20質量%を超えた無機塩を含むと凝固速度が速くなりすぎてしまい、繊維中に多数のボイドを形成することから目的の物性を持った繊維を得ることができない。なお、無機塩としては塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化リチウムなどの塩化物塩を使用することが好ましい。 Here, if the inorganic salt content exceeds 20% by mass, the coagulation rate becomes too fast and a large number of voids are formed in the fiber, making it impossible to obtain a fiber having the desired physical properties. As inorganic salts, chloride salts such as calcium chloride, magnesium chloride and lithium chloride are preferably used.

[紡糸・凝固工程]
紡糸・凝固工程においては、上記で得られたドープを凝固液中に紡出して凝固させる。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。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、紡糸孔径、配列状態等は特に制限する必要はなく、例えば、紡糸孔数が10~30000個、紡糸孔径が0.03~0.2mmの多ホール紡糸口金等を用いることができる。
[Spinning/coagulation process]
In the spinning/coagulating step, the dope obtained above is spun into a coagulating liquid and coagulated. The spinning device is not particularly limited, and a conventionally known wet spinning device can be used. The number of spinning holes in the spinneret, the diameter of the spinning holes, the state of arrangement, etc. of the spinneret are not particularly limited as long as they can be stably wet-spun. A 0.2 mm multi-hole spinneret or the like can be used.

また、紡糸口金から紡出する際のドープの温度は、20~90℃の範囲が好ましく、70~90℃がより好ましい。
本発明の繊維を得るために用いる凝固浴としては、アミド系溶媒を1~20質量%を含む水溶液であり、好ましくは3~15質量%含む水溶液である。この水溶液の温度は50
~90℃の範囲が好ましい。
The temperature of the dope during spinning from the spinneret is preferably 20 to 90°C, more preferably 70 to 90°C.
The coagulation bath used to obtain the fiber of the present invention is an aqueous solution containing 1 to 20% by mass, preferably 3 to 15% by mass, of an amide solvent. The temperature of this aqueous solution is 50
A range of ~90°C is preferred.

また、凝固浴中に、塩化カルシウムまたは塩化マグネシウム等の無機塩を、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35~45質量%含むことができる。
前記のように、ドープを紡糸口金から凝固液中に紡出して凝固浴を通過させて凝固糸を得る。
In addition, the coagulation bath can contain an inorganic salt such as calcium chloride or magnesium chloride in an amount of preferably 30% by mass or more, more preferably 35 to 45% by mass.
As described above, the dope is spun from a spinneret into a coagulation liquid and passed through a coagulation bath to obtain a coagulation thread.

[洗浄工程、沸水延伸工程]
かくして得られた凝固糸は、水性洗浄浴にて十分水洗され、沸水延伸工程に送られる。
沸水延伸浴中の延伸倍率は1.1~5.0倍の範囲が必要であり、1.1~3.0倍の範囲がより好ましい。延伸を当該倍率の範囲で行い、分子鎖配向を上げることにより、最終的に得られる繊維の強度を確保することができる。
[Washing process, boiling water stretching process]
The coagulated yarn thus obtained is thoroughly washed in an aqueous washing bath and sent to a boiling water drawing step.
The draw ratio in the boiling water drawing bath should be in the range of 1.1 to 5.0 times, more preferably in the range of 1.1 to 3.0 times. The strength of the finally obtained fiber can be ensured by performing the drawing within the range of the draw ratio and increasing the molecular chain orientation.

[乾熱処理工程]
上記の洗浄・延伸工程を経た繊維に対して、乾熱処理工程を実施する。乾熱処理工程においては、上記の洗浄工程により洗浄が実施された繊維を、100~250℃の範囲で乾熱処理をする。好ましくは100~200℃の範囲で乾熱処理をする。また、乾熱処理は定長下で行うのが好ましい。なお、上記の乾熱処理の温度は、熱板、加熱ローラーなどの繊維加熱手段の設定温度をいう。
[Dry heat treatment process]
A dry heat treatment step is performed on the fibers that have undergone the washing and drawing steps. In the dry heat treatment step, the fibers that have been washed in the above washing step are subjected to a dry heat treatment at 100 to 250°C. Dry heat treatment is preferably carried out in the range of 100 to 200°C. Moreover, it is preferable to carry out the dry heat treatment under a constant length. The temperature of the dry heat treatment mentioned above refers to the set 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、290~380℃の範囲で熱処理を加えながら延伸を実施する。処理温度は、好ましく290~350℃の範囲である。290℃に満たない場合、高倍率延伸ができないため不適であり、380℃を超えると繊維の変色や断糸が起きる可能性がある。熱延伸工程において、延伸倍率は、2.0~10.0倍の範囲が必要であり、好ましくは3.0~10.0倍の範囲である。なお、熱延伸処理の温度は、熱板、加熱ローラーなどの繊維加熱手段の設定温度をいう。
[Hot drawing process]
In the present invention, the fiber subjected to the dry heat treatment is subjected to a hot drawing process. In the hot-stretching step, stretching is performed while heat-treating in the range of 290 to 380°C. The treatment temperature is preferably in the range of 290-350°C. If the temperature is less than 290°C, high-ratio drawing cannot be performed, and if it exceeds 380°C, discoloration or breakage of the fiber may occur. In the hot drawing step, the draw ratio should be in the range of 2.0 to 10.0 times, preferably 3.0 to 10.0 times. The temperature of the hot drawing treatment refers to the set temperature of fiber heating means such as a hot plate and a heating roller.

そして、本発明における前記の沸水延伸倍率および熱延伸倍率の合計延伸倍率は、5倍以上であることが必要である。前記の合計延伸倍率が5倍に満たないと、目標の強度および導電性を発現することができない。そのため、沸水延伸倍率および熱延伸倍率は工程の調子を鑑みて適宜調整する必要がある。 The total draw ratio of the boiling water draw ratio and the hot draw ratio in the present invention must be 5 times or more. If the total draw ratio is less than 5 times, the target strength and conductivity cannot be obtained. Therefore, it is necessary to appropriately adjust the boiling water draw ratio and the hot draw ratio in consideration of the condition of the process.

以上の方法により得られる導電性耐熱性高タフネス繊維の電気抵抗率は10Ωcm以下であり、より好ましくは、700Ωcm以下、さらに好ましくは500Ωcm以下、最も好ましくは200Ωcm以下である。電気抵抗率が低いほど十分な静電性を得られるため好ましいが、後述するように本発明の目標強度や伸度、紡糸性などのバランスによって適時調整されることが好ましい。 The electrical resistivity of the conductive heat-resistant high-toughness fiber obtained by the above method is 10 3 Ωcm or less, more preferably 700 Ωcm or less, still more preferably 500 Ωcm or less, and most preferably 200 Ωcm or less. The lower the electrical resistivity is, the more preferable it is because sufficient electrostaticity can be obtained.

また、本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維の破断強度は、3.5~10cN/dtexであり、より好ましくは、4.0~10.0cN/dtex、さらに好ましくは4.0~7.0cN/dtexである。破断強度が3.5cN/dtexに満たない場合、本発明が目的とする防護衣料等の用途としての強度としては不十分である。また、本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維の破断伸度は10%~30%であり、より好ましくは10%~20%である。破断伸度が10%未満である場合、伸度が十分ではないことから柔軟性の発揮が不十分である。本発明の導電性耐熱性高タフネス繊維の融点は、290℃以上が必要であり、300℃以上が好ましい。融点が290℃より低くなると耐熱性繊維としての性能を発揮することができなくなる。 The breaking strength of the conductive heat-resistant high-toughness fiber of the present invention is 3.5 to 10 cN/dtex, more preferably 4.0 to 10.0 cN/dtex, still more preferably 4.0 to 7.0 cN/dtex. 0 cN/dtex. If the breaking strength is less than 3.5 cN/dtex, the strength is insufficient for applications such as protective clothing aimed at by the present invention. The breaking elongation of the electrically conductive, heat-resistant, high-toughness fiber of the present invention is 10% to 30%, more preferably 10% to 20%. If the elongation at break is less than 10%, the elongation is not sufficient and the flexibility is not sufficiently exhibited. The melting point of the conductive heat-resistant high-toughness fiber of the present invention must be 290° C. or higher, preferably 300° C. or higher. If the melting point is lower than 290°C, the performance as a heat-resistant fiber cannot be exhibited.

以下、実施例および比較例により、本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例及び比較例に制限されるものではない。尚、実施例および比較例における各物性値は、下記の方法で測定した。 The present invention will be described in detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the scope of the present invention is not limited to the following Examples and Comparative Examples. Each physical property value in Examples and Comparative Examples was measured by the following methods.

[重量平均分子量Mw]
JIS-K-7252に準じ、サイズ排除クロマトグラフィー用カラムを装着した高速液体クロマトグラフィー装置にて分析をおこない、展開溶媒にはジメチルホルムアミド(塩化リチウムを0.01モル%含有)を用いて測定した。なお、標準分子量サンプルとしてはシグマアルドリッチ製ポリスチレンセット(ピークトップ分子量Mp=400~2000000)を用いた。
[Weight average molecular weight Mw]
According to JIS-K-7252, analysis was performed using a high-performance liquid chromatography device equipped with a column for size exclusion chromatography, and dimethylformamide (containing 0.01 mol% lithium chloride) was used as the developing solvent. . As a standard molecular weight sample, a Sigma-Aldrich polystyrene set (peak top molecular weight Mp=400 to 2,000,000) was used.

[単繊維繊度]
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。
[Single fiber fineness]
In accordance with JIS-L-1015, measurement was carried out in accordance with the A method of regular fineness, and the apparent fineness was expressed.

[破断強度、破断伸度]
引張試験機(インストロン社製、型式:5565)を用いて、JIS-L-1015に準じ、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
[Breaking strength, breaking elongation]
Using a tensile tester (manufactured by Instron, model: 5565), measurements were made under the following conditions according to JIS-L-1015.
(Measurement condition)
Grip interval: 20mm
Initial load: 0.044cN (1/20g/dtex)
Tensile speed: 20mm/min

[繊維の電気抵抗率]
東亜電波工業社製のSM-8210極超絶縁計を使用し、相対湿度65RH%雰囲気中において測定した。繊維の試料長を10cm(L(cm))とし、この試料長間に0.5KVの電圧をかけ、そのときの電気抵抗率R(Ω)を測定し、導電糸の断面積をS(cm)としてρ(Ωcm)=R×(S/L)より求めた。本発明の実施例および比較例においては、Sは繊維の密度d=1.39g/cmとみなし、Dは総繊度値(dtex)をそのまま重量に読み替えた値として、S=D/(1000000×d)より求めた。また、この時の繰り返し測定数は5とし、その平均値を電気抵抗率とした。
[Electrical resistivity of fiber]
Using an SM-8210 pole super megohmmeter manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd., the measurement was performed in an atmosphere with a relative humidity of 65 RH%. The sample length of the fiber is 10 cm (L (cm)), a voltage of 0.5 KV is applied to this sample length, the electrical resistivity R (Ω) at that time is measured, and the cross-sectional area of the conductive yarn is S (cm 2 ), it was obtained from ρ (Ωcm)=R×(S/L). In the examples and comparative examples of the present invention, S is considered to be a fiber density d = 1.39 g / cm 3 , D is a value obtained by converting the total fineness value (dtex) directly into weight, S = D / (1000000 xd). The number of repeated measurements at this time was 5, and the average value was taken as the electrical resistivity.

[繊維の融点]
繊維の融点はJIS-K-7197に準じ、熱機械分析により求めた。得られたサンプルのピークのうち、高温側に検出されたピークの頂点温度または、繊維の溶解によりピーク検出が不可能となった温度を融点とした。
[Melting point of fiber]
The melting point of the fiber was determined by thermomechanical analysis according to JIS-K-7197. The melting point was defined as the apex temperature of the peak detected on the high temperature side or the temperature at which peak detection became impossible due to dissolution of the fiber.

[実施例1]
特公昭47-10863号公報に準じた界面重合により、メタフェニレンジアミンおよびイソフタロイルモノマー単位が全体の67モル%、パラフェニレンジアミンおよびテレフタロイルモノマー単位が33モル%である共重合アラミド重合体粉末を合成した。この際、酸クロライドモノマーはイソフタル酸クロライドおよびテレフタル酸クロライドの双方を使用し、重量比が2:1となるようにした。また、アミンモノマーはメタフェニレンジアミンおよびパラフェニレンジアミンの双方を使用し重量比が2:1となるようにした。重量平均分子量は66万であった。この重合体粉末および導電性カーボンブラック粒子(表面固有抵抗が10Ω)を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解、分散させ、ポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対して共重合アラミド重合体の質量濃度が16%、アラミド重合体に対して導電性カーボンブラックが30質量%になるよう調整した。
[Example 1]
Copolymerized aramid polymer containing 67 mol% of meta-phenylenediamine and isophthaloyl monomer units and 33 mol% of para-phenylenediamine and terephthaloyl monomer units by interfacial polymerization according to JP-B-47-10863. A powder was synthesized. At this time, both isophthaloyl chloride and terephthaloyl chloride were used as acid chloride monomers so that the weight ratio was 2:1. As amine monomers, both meta-phenylenediamine and para-phenylenediamine were used in a weight ratio of 2:1. The weight average molecular weight was 660,000. This polymer powder and conductive carbon black particles (surface resistivity is 10 4 Ω) were dissolved and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain a polymer solution. At this time, the mass concentration of the copolymerized aramid polymer was adjusted to 16% relative to the polymer solution, and the conductive carbon black was adjusted to 30% by mass relative to the aramid polymer.

このポリマー溶液を85℃に加温し紡糸原液として、孔径0.1mm、孔数100の吐出孔が円形の紡糸口金から85℃の凝固浴中に吐出して紡糸した。この凝固浴の組成は、塩化カルシウムが43質量%、NMPが4質量%、残りの水が53質量%であり、浸漬長(有効凝固浴長)100cmにて糸速5.0m/分で通過させた後、いったん空気中に引き出した。 This polymer solution was heated to 85° C. and spun into a coagulation bath at 85° C. through a spinneret having a hole diameter of 0.1 mm and 100 circular ejection holes. The composition of this coagulation bath is 43% by mass of calcium chloride, 4% by mass of NMP, and 53% by mass of the remaining water. After that, it was temporarily pulled out into the air.

この凝固糸条を第1~第2水洗浄浴にて水洗し、この際の総浸漬時間は200秒とした。なお、第1~第2水性洗浄浴温度はそれぞれ20℃、30℃の水を用いた。この洗浄糸条を90℃の沸水中にて1.4倍に延伸し、引続き90℃の温水中に40秒浸漬し、洗浄した。 The coagulated filaments were washed with water in the first and second water washing baths for a total immersion time of 200 seconds. The first and second aqueous washing bath temperatures used were 20° C. and 30° C., respectively. The washed yarn was stretched 1.4 times in boiling water at 90°C, then immersed in hot water at 90°C for 40 seconds and washed.

次に、表面温度が170℃のローラーに巻回して乾熱処理した後、表面温度が325℃の熱板にて5.7倍に延伸し、全芳香族ポリアミド繊維を得た。
得られた繊維は、繊度2.0dtex、破断強度4.9cN/dtex、破断伸度14%、融点301℃、電気抵抗率は61.1Ωcmであった。
Next, after being wound around a roller having a surface temperature of 170° C. and subjected to a dry heat treatment, the fiber was stretched 5.7 times with a hot plate having a surface temperature of 325° C. to obtain a wholly aromatic polyamide fiber.
The obtained fiber had a fineness of 2.0 dtex, a breaking strength of 4.9 cN/dtex, a breaking elongation of 14%, a melting point of 301° C., and an electric resistivity of 61.1 Ωcm.

[実施例2]
特公昭47-10863号公報に準じた界面重合によりメタフェニレンジアミンおよびイソフタロイルモノマー単位が全体の60モル%、パラフェニレンジアミンおよびテレフタロイルモノマー単位が40モル%である共重合アラミド重合体粉末を合成した。この際、酸クロライドモノマーはイソフタル酸クロライドおよびテレフタル酸クロライドの双方を使用し、重量比が3:2となるようにした。また、アミンモノマーはメタフェニレンジアミンおよびパラフェニレンジアミンの双方を使用し重量比が3:2となるようにした。重量平均分子量は65万であった。この重合体粉末および導電性カーボンブラック粒子(表面固有抵抗が10Ω)を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解、分散させ、ポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対して共重合アラミド重合体の質量濃度が18%、アラミド重合体に対して導電性カーボンブラックが25%になるよう調整した。
[Example 2]
Copolymerized aramid polymer powder containing 60 mol % of meta-phenylenediamine and isophthaloyl monomer units and 40 mol % of para-phenylenediamine and terephthaloyl monomer units by interfacial polymerization according to JP-B-47-10863. was synthesized. At this time, both isophthaloyl chloride and terephthaloyl chloride were used as acid chloride monomers so that the weight ratio was 3:2. As amine monomers, both meta-phenylenediamine and para-phenylenediamine were used in a weight ratio of 3:2. The weight average molecular weight was 650,000. This polymer powder and conductive carbon black particles (surface resistivity is 10 4 Ω) were dissolved and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain a polymer solution. At this time, the mass concentration of the copolymerized aramid polymer was adjusted to 18% relative to the polymer solution, and the conductive carbon black was adjusted to 25% relative to the aramid polymer.

このポリマー溶液を85℃に加温し紡糸原液として、孔径0.1mm、孔数100の吐出孔が円形の紡糸口金から88℃の凝固浴中に吐出して紡糸した。この凝固浴の組成は、塩化カルシウムが44質量%、NMPが2質量%、残りの水が54質量%であり、浸漬長(有効凝固浴長)100cmにて糸速5.0m/分で通過させた後、いったん空気中に引き出した。 This polymer solution was heated to 85° C. and spun into a coagulation bath at 88° C. through a spinneret having a circular hole diameter of 0.1 mm and 100 holes as a spinning dope. The composition of this coagulation bath is 44% by mass of calcium chloride, 2% by mass of NMP, and 54% by mass of the remaining water. After that, it was temporarily pulled out into the air.

この凝固糸条を第1~第2水洗浄浴にて水洗し、この際の総浸漬時間は200秒とした。なお、第1~第2水性洗浄浴温度はそれぞれ20℃、30℃の水を用いた。この洗浄糸条を90℃の沸水中にて2.5倍に延伸し、引続き90℃の温水中に40秒浸漬し、洗浄した。次に、表面温度170℃のローラーに巻回して乾熱処理した後、表面温度330℃の熱板にて4倍に延伸し、全芳香族ポリアミド繊維を得た。
得られた繊維は、繊度1.7dtex、破断強度5.2cN/dtex、破断伸度16%、融点306℃、電気抵抗率は171Ωcmであった。
The coagulated filaments were washed with water in the first and second water washing baths for a total immersion time of 200 seconds. The first and second aqueous washing bath temperatures used were 20° C. and 30° C., respectively. The washed yarn was stretched 2.5 times in boiling water at 90°C, then immersed in hot water at 90°C for 40 seconds and washed. Next, after being wound around a roller with a surface temperature of 170° C. and subjected to a dry heat treatment, it was drawn four times with a hot plate having a surface temperature of 330° C. to obtain a wholly aromatic polyamide fiber.
The resulting fiber had a fineness of 1.7 dtex, a breaking strength of 5.2 cN/dtex, a breaking elongation of 16%, a melting point of 306° C. and an electrical resistivity of 171 Ωcm.

[比較例1]
特公昭47-10863号公報に準じた界面重合によりメタフェニレンジアミンおよびイソフタロイルモノマー単位が全体の75モル%、パラフェニレンジアミンおよびテレフタロイルモノマー単位が25モル%である共重合アラミド重合体粉末を合成した。この際、酸クロライドモノマーはイソフタル酸クロライドおよびテレフタル酸クロライドの双方を使用し、重量比が3:1となるようにした。また、アミンモノマーはメタフェニレンジアミンおよびパラフェニレンジアミンの双方を使用し重量比が3:1となるようにした。重量平均分子量は70万であった。この重合体粉末および導電性カーボンブラック粒子(表面固有抵抗が10Ω)を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解・分散させ、ポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対して共重合アラミド重合体の質量濃度が18%、アラミド重合体に対して導電性カーボンブラックが25%になるよう調整した。
[Comparative Example 1]
Copolymerized aramid polymer powder containing 75 mol% of metaphenylenediamine and isophthaloyl monomer units and 25 mol% of paraphenylenediamine and terephthaloyl monomer units by interfacial polymerization according to JP-B-47-10863. was synthesized. At this time, both isophthaloyl chloride and terephthaloyl chloride were used as acid chloride monomers so that the weight ratio was 3:1. As amine monomers, both meta-phenylenediamine and para-phenylenediamine were used in a weight ratio of 3:1. The weight average molecular weight was 700,000. This polymer powder and conductive carbon black particles (surface resistivity is 10 4 Ω) were dissolved and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain a polymer solution. At this time, the mass concentration of the copolymerized aramid polymer was adjusted to 18% relative to the polymer solution, and the conductive carbon black was adjusted to 25% relative to the aramid polymer.

このポリマー溶液を実施例1の条件で紡糸し、全芳香族ポリアミド繊維を得た。この際、沸水延伸倍率は3.0倍、熱板延伸倍率は1.3倍が限界であり、これ以上倍率を上げると繊維破断が起きた。
得られた繊維は、繊度1.9dtex、破断強度4.9cN/dtex、破断伸度17%、融点340℃であった。上記のように全延伸倍率が充分に得られなかったことから、電気抵抗率は7.98×10Ωcmと高い値を示した。
This polymer solution was spun under the conditions of Example 1 to obtain a wholly aromatic polyamide fiber. At this time, the drawing ratio of boiling water was limited to 3.0 times, and the drawing ratio of the hot plate was limited to 1.3 times.
The resulting fiber had a fineness of 1.9 dtex, a breaking strength of 4.9 cN/dtex, a breaking elongation of 17% and a melting point of 340°C. Since the total draw ratio was not sufficiently obtained as described above, the electrical resistivity showed a high value of 7.98×10 6 Ωcm.

[比較例2]
特公昭47-10863号公報に準じた界面重合によりメタフェニレンジアミンおよびイソフタロイルモノマー単位が全体の33モル%、パラフェニレンジアミンおよびテレフタロイルモノマー単位が64モル%である共重合アラミド重合体粉末を合成した。この際、酸クロライドモノマーはイソフタル酸クロライドおよびテレフタル酸クロライドの双方を使用し、重量比が1:2となるようにした。また、アミンモノマーはメタフェニレンジアミンおよびパラフェニレンジアミンの双方を使用し重量比が1:2となるようにした。本ポリマーはNMPをはじめとする溶媒への良好な溶解性を示さないことから、紡糸することができなかった。
[Comparative Example 2]
Copolymerized aramid polymer powder containing 33 mol% of meta-phenylenediamine and isophthaloyl monomer units and 64 mol% of para-phenylenediamine and terephthaloyl monomer units by interfacial polymerization according to JP-B-47-10863. was synthesized. At this time, both isophthaloyl chloride and terephthaloyl chloride were used as acid chloride monomers so that the weight ratio was 1:2. As amine monomers, both meta-phenylenediamine and para-phenylenediamine were used in a weight ratio of 1:2. The polymer could not be spun because it did not exhibit good solubility in solvents including NMP.

[比較例3]
メタフェニレンジアミンおよびイソフタロイルモノマー単位が全体の67モル%、パラフェニレンジアミンおよびテレフタロイルモノマー単位が33モル%である共重合アラミド重合体粉末を合成した。この際、酸クロライドモノマーはイソフタル酸クロライドおよびテレフタル酸クロライドの双方を使用し、重量比が2:1となるようにした。また、アミンモノマーはメタフェニレンジアミンおよびパラフェニレンジアミンの双方を使用し重量比が2:1となるようにした。重量平均分子量は59万であった。この重合体粉末および導電性カーボンブラック粒子(表面固有抵抗が10Ω)を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解・分散させ、ポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対して共重合アラミド重合体の質量濃度が21%、アラミド重合体に対して導電性カーボンブラックが5%になるよう調整した。
[Comparative Example 3]
A copolymerized aramid polymer powder was synthesized with 67 mol % meta-phenylenediamine and isophthaloyl monomer units and 33 mol % para-phenylenediamine and terephthaloyl monomer units of the total. At this time, both isophthaloyl chloride and terephthaloyl chloride were used as acid chloride monomers so that the weight ratio was 2:1. As amine monomers, both meta-phenylenediamine and para-phenylenediamine were used in a weight ratio of 2:1. The weight average molecular weight was 590,000. This polymer powder and conductive carbon black particles (surface resistivity is 10 4 Ω) were dissolved and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain a polymer solution. At this time, the mass concentration of the copolymerized aramid polymer was adjusted to 21% relative to the polymer solution, and the conductive carbon black was adjusted to 5% relative to the aramid polymer.

このポリマー溶液を実施例1の条件で紡糸し、全芳香族ポリアミド繊維を得た。この際、沸水延伸倍率は2.5倍、熱板延伸倍率は3.2倍であった。
得られた繊維は、繊度1.7dtex、破断強度6.4cN/dtex、破断伸度21%、融点304℃、電気抵抗率は2.69×10Ωcmであった。
This polymer solution was spun under the conditions of Example 1 to obtain a wholly aromatic polyamide fiber. At this time, the boiling water draw ratio was 2.5 times, and the hot plate draw ratio was 3.2 times.
The resulting fiber had a fineness of 1.7 dtex, a breaking strength of 6.4 cN/dtex, a breaking elongation of 21%, a melting point of 304° C. and an electric resistivity of 2.69×10 6 Ωcm.

[比較例4]
メタフェニレンジアミンおよびイソフタロイルモノマー単位が全体の67モル%、パラフェニレンジアミンおよびテレフタロイルモノマー単位が33モル%である共重合アラミド重合体粉末を合成した。この際、酸クロライドモノマーはイソフタル酸クロライドおよびテレフタル酸クロライドの双方を使用し、重量比が2:1となるようにした。また、アミンモノマーはメタフェニレンジアミンおよびパラフェニレンジアミンの双方を使用し重量比が2:1となるようにした。重量平均分子量は66万であった。この重合体粉末および導電性カーボンブラック粒子(表面固有抵抗が10Ω)を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)に溶解・分散させ、ポリマー溶液を得た。この際、ポリマー溶液に対して
共重合アラミド重合体の質量濃度が16%、アラミド重合体に対して導電性カーボンブラックが45%になるよう調整した。
[Comparative Example 4]
A copolymerized aramid polymer powder was synthesized with 67 mol % meta-phenylenediamine and isophthaloyl monomer units and 33 mol % para-phenylenediamine and terephthaloyl monomer units of the total. At this time, both isophthaloyl chloride and terephthaloyl chloride were used as acid chloride monomers so that the weight ratio was 2:1. As amine monomers, both meta-phenylenediamine and para-phenylenediamine were used in a weight ratio of 2:1. The weight average molecular weight was 660,000. This polymer powder and conductive carbon black particles (surface resistivity is 10 4 Ω) were dissolved and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to obtain a polymer solution. At this time, the mass concentration of the copolymerized aramid polymer was adjusted to 16% with respect to the polymer solution, and the conductive carbon black was adjusted to 45% with respect to the aramid polymer.

このポリマー溶液を実施例1の条件で紡糸し、全芳香族ポリアミド繊維を得た。この際、沸水延伸倍率は1.1倍、熱板延伸倍率は2.5倍が限界であり、これ以上倍率を上げると繊維破断が起きた。
得られた繊維は、繊度7.0dtex、破断強度1.9cN/dtex、破断伸度13%、融点313℃、電気抵抗率は8.5Ωcmであった。
前記の実施例及び比較例で得られた繊維の物性を表2に示す。
This polymer solution was spun under the conditions of Example 1 to obtain a wholly aromatic polyamide fiber. At this time, the boiling water draw ratio was limited to 1.1 times, and the hot plate draw ratio was limited to 2.5 times.
The resulting fiber had a fineness of 7.0 dtex, a breaking strength of 1.9 cN/dtex, a breaking elongation of 13%, a melting point of 313° C. and an electrical resistivity of 8.5 Ωcm.
Table 2 shows the physical properties of the fibers obtained in the above examples and comparative examples.

Figure 2022137820000002
Figure 2022137820000002

本発明で得られる導電性耐熱性高タフネス繊維は、290℃以上の使用環境に耐えうる耐熱性を有し、破断強度3.5~10cN/dtexかつ伸度10%以上であることから防護衣料などの耐熱性と柔軟性が求められる用途に好適な繊維である。そして、電気抵抗率が10Ωcm以下とこれまでの報告にない高い導電性を示すことから、本発明の繊維の使用により、高い静電性を付与することが可能である。したがって、従来のような耐熱性に乏しい導電性繊維では高温環境下でその機能を発揮できなかったのに対し、本発明の繊維は同環境下でも高い導電性・静電性を維持することが可能であり、防護衣料に限らず、静電性が必要かつ高温環境下に曝される樹脂構造材などの補強繊維としても有用である。 The conductive heat-resistant high-toughness fiber obtained by the present invention has heat resistance that can withstand a use environment of 290 ° C. or higher, and has a breaking strength of 3.5 to 10 cN / dtex and an elongation of 10% or more. It is a suitable fiber for applications that require heat resistance and flexibility such as. Moreover, since the electrical resistivity is 10 3 Ωcm or less, exhibiting high conductivity that has never been reported, the use of the fiber of the present invention can impart high electrostaticity. Therefore, conventional conductive fibers with poor heat resistance could not exhibit their functions in high-temperature environments, whereas the fibers of the present invention can maintain high conductivity and electrostatic properties even in the same environments. It is possible, and it is useful not only for protective clothing, but also as a reinforcing fiber for resin structural materials that require electrostatic properties and are exposed to high temperature environments.

Claims (6)

電気抵抗率が10Ωcm以下、破断強度が3.5~10cN/dtex、破断伸度が10~30%、融点が290℃以上であることを特徴とする導電性耐熱性高タフネス繊維。 An electrically conductive heat-resistant high-toughness fiber characterized by having an electrical resistivity of 10 3 Ωcm or less, a breaking strength of 3.5 to 10 cN/dtex, a breaking elongation of 10 to 30%, and a melting point of 290° C. or higher. 繊維中に導電性微粒子を6~40質量%含む、請求項1記載の導電性耐熱性高タフネス繊維。 2. The conductive heat-resistant high-toughness fiber according to claim 1, containing 6 to 40% by mass of conductive fine particles in the fiber. 導電性微粒子が導電性カーボンブラックである請求項2に記載の導電性耐熱性高タフネス繊維。 3. The conductive heat-resistant high-toughness fiber according to claim 2, wherein the conductive fine particles are conductive carbon black. 導電性耐熱性高タフネス繊維が、メタフェニレンテレフタルアミド単位および/またはメタフェニレンイソフタルアミド単位と、パラフェニレンテレフタルアミド単位および/またはパラフェニレンイソフタルアミド単位と、を含む構造から構成される共重合アラミド重合体からなる、請求項1~3のいずれか1項に記載の導電性耐熱性高タフネス繊維。 A copolymer aramid polymer in which the conductive heat-resistant high-toughness fibers are composed of a structure containing metaphenylene terephthalamide units and/or metaphenylene isophthalamide units and paraphenylene terephthalamide units and/or paraphenylene isophthalamide units. The conductive heat-resistant high-toughness fiber according to any one of claims 1 to 3, which is composed of coalescing. 導電性耐熱性高タフネス繊維が、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、イソフタロイル、テレフタロイルの群から選ばれる少なくとも3種類の構造を含み、メタフェニレンジアミンおよび/またはイソフタロイルモノマー単位と、パラフェニレンジアミンおよび/またはテレフタロイルモノマー単位のモル比率が50以上70未満:50以下30より大きい範囲である請求項1~4のいずれか1項に記載の導電性耐熱性高タフネス繊維。 The conductive heat-resistant high-toughness fiber contains at least three structures selected from the group of meta-phenylenediamine, para-phenylenediamine, isophthaloyl, and terephthaloyl, meta-phenylenediamine and/or isophthaloyl monomer units, para-phenylenediamine and / Or the conductive heat-resistant high-toughness fiber according to any one of claims 1 to 4, wherein the molar ratio of terephthaloyl monomer units is in the range of 50 or more and less than 70:50 or less and more than 30. 導電性耐熱性高タフネス繊維の製造方法であって、
メタフェニレンテレフタルアミド単位および/またはメタフェニレンイソフタルアミド単位と、パラフェニレンテレフタルアミド単位および/またはパラフェニレンイソフタルアミド単位と、を含む構造から構成され、前記それぞれのアミド単位は、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、イソフタロイル、テレフタロイルの群から選ばれる少なくとも3種類の構造を含み、メタフェニレンジアミンおよび/またはイソフタロイルモノマー単位とパラフェニレンジアミンおよび/またはテレフタロイルモノマー単位のモル比率が50以上70未満:50以下30より大きい範囲であり、重量平均分子量が40万~100万である共重合アラミド重合体を用いて、以下(1)~(5)のステップで製造し、かつ(6)の製造条件を満足する、導電性耐熱性高タフネス繊維の製造方法。
(1).前記共重合アラミド重合体をアミド系溶媒に10~30質量%の範囲で溶解させ、導電性微粒子をアラミド重合体に対して6~40質量%分散させて紡糸用ドープとし、紡糸口金に通し、
(2).アミド系溶媒を1~20質量%含む水性凝固浴中に紡出して凝固し、
(3).水性洗浄浴水洗し、引き続き沸水延伸浴中で1.1~5.0倍の範囲で延伸し、(4).100~250℃の範囲で乾熱処理を行い、
(5).290~380℃の範囲で熱処理を加えながら、延伸倍率2.0~10.0倍の範囲で熱延伸し、
(6).前記沸水延伸倍率と前記熱延伸倍率の合計延伸倍率が5倍以上である。
A method for producing a conductive heat-resistant high-toughness fiber, comprising:
A structure containing a meta-phenylene terephthalamide unit and/or a meta-phenylene isophthalamide unit and a para-phenylene terephthalamide unit and/or a para-phenylene isophthalamide unit, wherein the amide units are meta-phenylenediamine and para-phenylene Containing at least three structures selected from the group of diamine, isophthaloyl, and terephthaloyl, the molar ratio of meta-phenylenediamine and/or isophthaloyl monomer units to para-phenylenediamine and/or terephthaloyl monomer units is 50 or more and less than 70: Using a copolymerized aramid polymer having a weight average molecular weight in the range of 50 or less and greater than 30 and having a weight average molecular weight of 400,000 to 1,000,000, the following steps (1) to (5) are performed, and the manufacturing conditions of (6) A method for producing a conductive heat-resistant high-toughness fiber that satisfies the above.
(1). The copolymerized aramid polymer is dissolved in an amide solvent in the range of 10 to 30% by mass, and the conductive fine particles are dispersed in the aramid polymer at 6 to 40% by mass to prepare a spinning dope, which is passed through a spinneret,
(2). coagulated by spinning in an aqueous coagulation bath containing 1 to 20% by mass of an amide solvent;
(3). (4) washing with water in an aqueous washing bath, followed by drawing in a boiling water drawing bath in a range of 1.1 to 5.0 times; Perform dry heat treatment in the range of 100 to 250 ° C,
(5). While applying heat treatment in the range of 290 to 380 ° C., hot drawing is performed at a draw ratio of 2.0 to 10.0 times,
(6). The total draw ratio of the boiling water draw ratio and the hot draw ratio is 5 times or more.
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