JP2530802B2 - 高強度芳香族アミド紡績糸 - Google Patents

高強度芳香族アミド紡績糸

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JP2530802B2 JP58106000A JP10600083A JP2530802B2 JP 2530802 B2 JP2530802 B2 JP 2530802B2 JP 58106000 A JP58106000 A JP 58106000A JP 10600083 A JP10600083 A JP 10600083A JP 2530802 B2 JP2530802 B2 JP 2530802B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は牽切した高強度、高モジユラス芳香族アミド
繊維スライバーの製造方法に関する。
本明細書において芳香族アミドという言葉は完全に芳
香族のポリアミドを意味する。すべての芳香族アミドが
本発明に有用なのではなく、連鎖を伸ばしている結合が
同軸または平行であり反対方向に向っている芳香族ポリ
アミドから誘導されるものだけが有用である。本発明に
有用な高強度、高モジュラス芳香族アミド繊維は米国特
許第3,767,756号及び第3,869,430号記載の方法によりつ
くることができる。この繊維はフィラメントの強力が少
なくとも18gpd（15.9dN/tex）、モジュラスが少なくと
も400gpd（354dN/tex）であることを特徴としている。
以後これらの繊維をｐ−芳香族アミド繊維と称する。特
に好適なｐ−芳香族アミド繊維はケヴラー（Kevlar ）
の商品名でデュポン社でつくられているポリ（ｐ−フェ
ニレンテレスタルアミド）をベースにしたｐ−芳香族ア
ミド繊維である。
ｐ−芳香族アミド繊維は高温における耐火性が優れて
いる。このような繊維は通常の繊維が熔融し分解する温
度で軟化しないばかりではなく、一般に融点をもってい
ない。即ちこのような繊維はナイロン及びポリエステル
の場合のように重合体熔融物から成形することはでき
ず、重合体溶液から成形される。一般に重合体溶液から
湿式紡糸または乾式紡糸してフィラメントの単一の大き
な束をつくる方が、同じ数のフィラメントを紡糸してい
くつかの小さな束にするよりも経済的である。しかし小
さな糸に対する需要も存在している。
小さな束の連続フィラメントを紡糸する別法としては
太いデニールのトウのフィラメントを切断して所望の細
さの糸を紡績する方法がある。この別法において予想さ
れる欠点は糸の強度が弱くなることであり、このことは
ステープル糸の大きさが減少するにつれて重要になる。
一般に、適当な撚りをかけて許容できる最低の強度を得
るためには、糸の断面当り平均少なくとも60本の合成繊
維または80本の綿繊維が必要である。断面当りの繊維の
数がこれよりも少ないと、良好な糸の強度を得るのに必
要な糸と糸との間の最低の相互作用が得られない。合成
フィラメントを切断または牽切してそれぞれステープル
またはスライバーをつくり、これを有用なステープル紡
績糸（例えば綿紡績機またはウーステッド紡績機によ
り）に変えることも公知である。
ターボ・ステープラー（Turbo Stapler）または同様
物で牽切されたｐ−芳香族アミドの連続フィラメントま
たはトウは通常の方法で紡績糸にした場合、予想外にも
強い紡績糸を与える。
本発明によれば繊維のフィブリル化されていない部分
の直径の少なくとも50倍、好ましくは少なくとも100倍
の長さの末端部分に沿って、繊維の端の少なくとも50％
がフィブリル化され少なくとも５本のフィブリルになっ
ている牽切された高強度、高モジュラスのｐ−芳香族ア
ミド繊維のスライバーの製造方法が提供される。このス
ライバーは通常のテクスチャー加工法により加工して高
強度の紡績糸にすることができる。好ましくはスライバ
ーの繊維の70〜80％がフィブリル化された端は有してい
る。また好ましくはフィブリル化され牽切された繊維の
少なくとも50％が一本当り５〜20個のフィブリルを有し
ている。最も好ましくはフィブリル化された末端の長さ
は繊維の直径の100〜350倍である。
このようなスライバーは、糸の強力が少なくとも18gp
d、フイラメントのモジユラスが少なくとも400gpdの連
続ｐ−芳香族アミド繊維フイラメントの糸またはトウを
低い張力をかけてターボ・ステープラー型の牽切機の張
力区域に供給し、伸張配向区域に通すことなく、ほとん
ど破断張力までフイラメントに高い張力をかけ、牽切区
域においてブレーカー棒でフイラメントを急激に横方向
に偏倚させることにより該高い張力をかけられたフイラ
メントを不規則に切断し、得られたスライバーを牽切区
域から取り出し、随時フイラメントをクリンプすること
からなり、上記の高い張力は２組の拘束ロールを使用し
て第２の組の拘束ロールを第１の組の拘束ロールよりも
2.8〜4.0倍速い表面速度で動作させることによって与え
られ、上記のブレーカー棒は上記第１の組の拘束ロール
と第２の組の拘束ロールとの中間の表面速度で回転させ
られることを特徴とする方法によって製造される。得ら
れたスライバーは、好ましくはウーステツド紡績機で加
工して紡績糸にする。切断された繊維の長さが十分に短
かい場合には、綿紡績機で加工することもできる。
米国、フィラデルフィア州、ランスデール（Lansdal
e）のターボ・マシーン（Turbo Machine）社製のターボ
・ステープラーは元来アクリルのトウから高崇性糸を製
造するために開発されたものである。これには供給ロー
ルと延伸ロールとの間で加熱延伸してトウを伸張配向さ
せ高度の収縮性を発現させる役割をする伸張区域が備え
られている。この本来の使用法においては、伸張したト
ウを次に冷却して牽切区域に通し、ここで破断時伸び以
上に伸張を行ってトウを不規則に切断する。トウの経路
の夫々の側に向って回転シャフト上に半径方向に配置さ
れた「ブレーカー棒」は互いに噛合い、トウがその中を
通る際、直ちにトウに対する迂回路をつくる。即ち加工
されるべき製品に対し適当に調節された操作において
は、ブレーカー棒は破断時伸びを最終的に増加させ、ト
ウのフィラメントの間での不規則な切断をこの区域に集
中させる。フィラメントが不規則に切断されるためにス
ライバーが生じる。得られたスライバーの中の最も長い
繊維はほぼ「ラッチ」の長さ（ブレーカー棒と前面ロー
ルとの間の距離）に等しい。この本来の使用法において
は、高度の収縮性をもったスライバーは部分的には実質
的に残留収縮がなくなるまで、水蒸気雰囲気及び真空雰
囲気中で交互に処理される。この「繊維が固定された」
スライバーが繊維が固定されていない他の高収縮性の繊
維とウーステッド加工機で混紡された場合、染色または
他の高温、湿潤処理中に高度の嵩性を発現する糸が得ら
れる。
本発明における牽切機（例えばターボ・ステプラー）
の使用法においては、繊維に高度の収縮性を与えること
もまた糸（或いは繊維布）に高度の嵩性を賦与すること
も目的ではない。従って牽切機（ターボ・ステープラ
ー）の伸張配向特性は必要ではない。事実ｐ−芳香族ア
ミド糸またはトウは伸張できないために、その加工に伸
張配向は使用できない。従って機械のこの部分にはフィ
ラメントを通さず、フイラメントを直接牽切区域に供給
し糸またはトウに高張力をかける。以下の処理を容易に
するためには少なくとも若干のクリンプがフィラメント
にかけられていることが望ましい。
本発明方法で切断されたｐ−芳香族アミドフィラメン
トにより独特の形態をもったステープル・ファイバーの
スライバーが得られる。この繊維は大部分の典型的な繊
維長に関してはもとのフィラメントと見掛け上変化はな
い。しかし端は広くフィブリル化し、ブラシ状の外見を
有している。繊維のフィブリル化された末端の長さは繊
維の直径に比べ非常に長く、一般に直径の少なくとも50
倍、好ましくは少なくとも100倍である。末端の長さと
いう言葉は各繊維の端において少なくとも５本のフィブ
リルにフィブリル化した部分が、開始点から最長のフィ
ブリルの先端まで連続している距離を意味する。この距
離に沿ってフィブリルはしばしば合一化したり他のフィ
ブリルから分離したりしている。そのため或る与えられ
た繊維から生じるフィブリルの正確な数を数えることは
できない。先端からかなり離れた所で若干の不連続なフ
ィブリル化が起ることもある。
確証されたことではないが、繊維の長いフィブリル化
した端が繊維と繊維との間の相互作用を強くし糸の強度
を大にする原因になっていると考えられる。本発明方法
によりつくられたスライバーから製造されたｐ−芳香族
アミド紡績糸は、繊維の端にほとんどまたは全くフィブ
リル化を与えない他の方法で切断された糸またはトウか
らつくられたｐ−芳香族アミド糸に比べ、最大２倍の強
度をもっている。
予想外にも、ターボ・ステープラーのような牽切機で
ｐ−芳香族アミドフィラメントを切断してつくられたス
ライバーはウーステッド紡績機で紡績すると、同じデニ
ールをもち糸の平均断面の繊維数が最低30〜50である連
続フィラメント糸の強度の最大70％の強度をもってい
る。
第１図は本発明方法を実施するのに有用な牽切機、例
えば米国、フィラデルフィア州、ランスデールのターボ
・マシーン社製のターボ・ステープラーの模式図であ
る。第１図において、１は連続フィラメントのトウのカ
ートンであり、２、３、４はトウ10に対する案内系であ
ってトウの巾と厚さの均一性を調節する役目をし、５は
供給ロール、６は通常の使用法でフィラメントを伸張配
向させる供給ロール、加熱機及び延伸ロールであるが、
本発明方法においてはこの部分には糸を通さない。中間
ロール７はトウをしっかりと把持し、これを一定速度で
前面ロール８へと供給する。ロール８もトウをしっかり
と把持し幾分速い速度でブレーカー棒９から引き出す。
牽切されたトウ20は案内皿11により横方向に重ねられク
リンプ装置の押し込みロール13によりクリンプ・ボック
ス12へと供給される。クリンプされたスライバー14は箱
15の中へ出され、ここで蓄積されて次の工程に輸送され
使用される。
第２図及び第３図は本発明方法でつくられた典型的な
繊維の端の平面図である。
第４図及び第５図はパシフィック・コンバーター（Pa
cific Converter）を用いてつくられた典型的な繊維の
端の平面図である。
第６図及び第７図はセイデル・マシーン（Seydel Mac
hine）により牽切してつくられたといわれている市販の
ｐ−芳香族アミド紡績糸からとった繊維の平面図であ
る。
第２図〜第７図は全部、すべての繊維が同じ倍率にな
るように写真を撮って得たものである。
引張試験法 フィラメント糸 引張試験を行う前に、フィメント糸に撚り倍率（TM）
が1.1になるように撚りをかけた。ここで 但しcc は綿番手、 D はデニール、 tpiは１インチ当りの撚り数。
撚りをかけた糸を試験前の24時間、温度24℃、相対湿
度55％で予備コンディショニングを行う。糸に対する適
当なクランプを備えた実験室用の引張試験機で引張特性
を測定した。この際ゲージ長は25.4cmとし、引張速度は
12.7cm/分（50％／分）とした。
紡績糸 紡績糸は試験前16時間の間温度21℃、相対湿度65％で
コンディショニングした。実験室用の引張試験機で引張
特性を測定した。この際ゲージ長は25.4cmとし、引張速
度は2.54cm/分（10％／分）とした。
下記実施例に用いた原料の繊維はポリ（ｐ−フェニレ
ンテレフタルアミド）糸であり、そのフィラメントの強
力は約18.5gpd、破断時伸びは３％、フィラメントのモ
ジュラスは約618gpdであった。他の高強度、高モジュラ
スのｐ−芳香族アミド糸、例えば強力が最大30gpd、モ
ジュラスが1000gpd以上の糸も本発明に用いるのに適し
ている。
実施例１ 1500デニール/1000フィラメントのケヴラー ｐ−芳
香族アミド糸３本を一緒にして薄い均一なリボンにし前
述のターボ・ステープラーの供給ロールに供給した。次
の供給ロール／加熱機／延伸ロールの部分には糸を通さ
ず、糸のリボンを直接中間ロールに通した。中間ロール
は滑りを防ぎ供給ロールよりも107％速い表面速度で回
転するように調節した。このような伸張はこの部分では
フィラメントに張力を及ぼす役目だけしかしない。次に
フィラメントのリボンを中間ロールよりも200％速い表
面速度で回転するブレーカー棒の間に導き、また中間ロ
ールの3.11倍の表面速度で回転する前面ロールのニップ
の中に導入し、この間フィラメントをニップの中にしっ
かりと把持し滑りを防ぐようにする。ブレーカー棒はN
o.3の設定で動作させ、これにより回転シリンダーが約1
/4インチ（0.64mm）重なり合うようにする。ラッチ（ブ
レーカー棒の中心線と前面ロールとの間の距離）は６イ
ンチ（約15cm）に設定する。スライバーは110ypm（101m
/分）の速度でつくられ、クリンプ装置に通し缶に取り
出した。スライバーの繊維長は約４インチ（10.2cm）〜
６インチ（15.2cm）であった。
スライバーは約16.8倍のドラフトに設定されたロバー
ツ（Roberts）社のウーステッド紡績機のフレームに直
接供給した。製品は62.5綿番手（cc）の単糸の糸であり
（85デニール）、その撚り数は12tpi（撚る数／イン
チ）（4.7tpcm（撚り数/cm）であり、リー・プロダクト
（Lea Product）は11,780であった。強力は12.2gpd、破
断時伸びは2.8％、モジュラスは380gpdである。この糸
の断面当りの平均フィラメント数は57であった。
実施例２ 製造速度55ypm（50m/分）の大型の装置で実施例１の
方法を繰返し、平均繊維長6.4インチ（16.3cm）、最長
繊維長8.1インチ（20.5cm）、最短繊維長3.1インチ（8c
m）のスライバーをつくった。
得られたスライバー２本を４倍のドラフトでピン・ド
ラフターにかけ３グレインのスライバー（1915デニー
ル）にし、次に実施例１のウーステッド紡績フレームに
かけ強力／伸び／モジュラスが9.7gpd/2.5％/299gpdの7
0cc（76デニール）の糸をつくった。断面当りの平均の
フィラメント数は51であった。ピン・ドラフターにかけ
ると均一性の良い糸が得られる。加工中の切断は少なく
なり、加工の製造性が改善される。
実施例３ 102ypm（93m/分）でスライバーをつくり糸／スライバ
ーの経路におけるブレーカー棒の最大の重なり合いを1/
8インチ（0.32cm）にしたこと以外、実施例１の方法で1
500デニールの糸50本を処理した。糸の強力／伸び／モ
ジュラスは12.4gpd/2.2％/437gpdであった。断面当りの
平均繊維数は35であった。この糸の綿番手は102（52デ
ニール）である。
上記方法と同じ方法でつくったスライバーから12本の
繊維を抽出し、顕微鏡で検査した。その結果を下記表に
示す。
さらに加工を行うとフィブリル化した繊維の数の割合
が増加する傾向がある。
実施例４（対照例） 本実施例では同じｐ−芳香族アミド連続フィラメント
を原料とするが本発明のスライバーをつくり得ない別の
牽切法を示す。
1.5デニールのフィラメントから成る110,000デニール
の２本のトウのロットをパシフィック・コンバーターで
処理した。ロットＡには６インチ（15.2cm）の正方形の
切断用の刃を用い、ロットＢでは４−1/2インチ（11.4c
m）の正方形の切断用の刃を使用した。繊維の端の顕微
鏡写真は実質的に第４図及び第５図に示した外観を呈す
る。
ピン・ドラフター、ローヴィング装置及び紡績部を通
してスライバーをウーステッド紡績機で処理し、下記表
に示す性質をもつ糸を得た。 ロットＡ ロットＢ 平均繊維長 5.5 4.5 綿番手 74 73 デニール 72 73 モジュラス（gpd） 239 177 伸び％ 2.1 2.7 強力(gpd) 6.0 7.2 これらのデータから明かに判るように、パシフィック
・コンバーターからつくられた糸は本発明で得られる糸
とは同等でない。
実施例５（対照例） 本実施例においては同等のｐ−芳香族アミド連続フィ
ラメントを原料とし、変形セイデル型伸張ブレーカーを
用いて得られたスライバーからつくられた市販の紡績糸
は、本発明により得られる性質をもった糸を提供できな
いことを示す。 試料１ 試料２ 綿番手 83 74 デニール 64 71 強力（gpd） 6.1 5.4 伸び％ 2.5 2.4 モジュラス（gpd） 176 178 繊維の長さ 平均 3.5 3.5 短 2.2 1.2 長 4.7 5.3 繊維数／断面 43 48 本発明方法で得られた糸が高強度をもっている理由は
繊維の端が高度にフィブリル化されているためと考えら
れる。平均繊維長に差があることも恐らく寄与している
であろう。このような差は避け得ないことである。その
理由としては（１）ターボ・ステープラーは元来少なく
とも６インチ（15cm）のステープル長を与え、（２）パ
シフィック・コンバーターは最大６インチ（15cm）のス
テープル長を与えるが、（３）対照実施例５のステープ
ル長は本出願人の左右できなことである。ステープル長
の差が得られる強力の差に及ぼす寄与は、出版された文
献に示された公知の関係から推定できる。
1974年６月のエル・ハンター（L.Hunter）のSAWTRI
〔サウス・アフリカン・ウール・アンド・テクニカル・
リサーチ・インスティツート・オヴ・ザ・CSIR（Sauth
African Wool and Technical Research Institute of t
he CSIR）の技術報告No.223には、306本の単一羊毛ウー
ステッド糸に対する糸及び繊維の間の関係が記載されて
いる。その40ページには次式により著者の発見が纏めら
れている。
但しBSは破断強度（正規化されていない）、 BTは「束の強力」（非常に短いゲージ長を使用して測定
された強力）、 Ｌは平均繊維長を表し、 ｋは比例定数である。
この研究には羊毛だけしか含まれていないが、この関係
は他の繊維にも適用できることが期待される。
本明細書の実施例においては、全体を通じ定義上繊維
の直径及び束の強度は一定として取扱う。すべての試験
において撚りの値は得られていない。しかし使用された
撚り数は全く同等である。上記の文献にはBSに著しい影
響を与えるには撚りに大きな変化があることが必要であ
ると記載されているから、以後の比較において撚りの値
は無視した。またデニール（Ｄ）とテックス（tex）と
は正比例しているからテックスの代りにデニールを使用
し、またBSの代りに強力（Ｔ）を用いた［即ちＴ＝BS/
（tex）］。
このことを考慮すれば、上記式は次のように書変える
ことができる。
Ｔ2/T1＝（Ｄ2/D1）0.3（Ｌ2/L1）0.2 Ｔ1、Ｌ1、及びＤ1を対照糸（実施例４及び５）につい
て測定した場合、この式は本発明の或る与えられた糸
（実施例１〜３）がデニールＤ2及び平均繊維長Ｌ2をも
っている時どのような強力（Ｔ2）をもつかを計算する
のに用いることができる。この強力の計算値（Ｔ2）を
本発明の実施例で測定された強力（Tm）と比較すると、
説明されない改善点の良好な指標になる。実施例１〜３
との比較を下記の表に示す。ここで4a及び4b、並びに5a
及び5bはそれぞれの対照例の２組のデータを示す。
この表の最後の２欄を検討すると、各対照例の強力
（Ｔ1）を本発明の糸を同じデニール及び繊維長に対し
て正規化したとしても、正規化された強力（Ｔ2）は、
なお本発明の糸の強力の測定値（Tm）よりも著しく低い
ことは明白である。何故ターボ・ステープラーを用いら
れてつくられた糸が予想以上に強いかは完全には判って
いないが、ターボ・ステープラーで伸張破断された繊維
の両側にある細いデニールの長いフィブリルに原因があ
るものと信じられる。
第２図及び第３図はターボ・ステープラーでつくられ
たスライバーに典型的に見られる繊維の端の平面図であ
る。同じ組成物からパシフィック・コンバーター及びセ
イデル機を用いてつくられた繊維の写真を夫々第４図と
第５図、及び第６図と第７図に示す。両方共形態の著し
い相違が容易に見られるであろう。ターボ・ステープラ
ーのスライバーから得られた繊維には高度にフィブリル
化した端があるため良好な繊維の凝集性が得られるもの
と考えられる。本発明方法で加工された高強度、高モジ
ュラスのｐ−芳香族アミド・フィラメントは、他の方法
で処理された場合に比べ、実質的に高い割合でそのフィ
ラメントの強度特性を保持する紡績糸に変えられること
は明らかである。
織物加工業界の専門家には明らかなように、ターボ・
ステープラー自身は本発明を実施する上において実質的
なものではない。同様な機械で、速度を調節できる供給
装置、高張力をかけながら横方向にフィラメントを急激
に偏倚させる装置、伸張区域において高張力をかける装
置、及び随時製品のスライバーを見掛け上凝集させるた
めのクリンプ装置が備えられているだけで十分である。
本発明方法の最も簡単な形ではウーステッド紡績機の
各機素を必要としないが、上記実施例の実験で用いられ
たもの以外の機素を使用することが望ましいこともあ
る。ターボ・ステープラーに普通付属している繊維固定
装置は必要ではない。何故ならば延伸配向部分は使用せ
ず、スライバー中の繊維に収縮差をつけ高度の嵩性を得
ることが目的ではないからである。驚くべきことではな
いがピン・ドラフター及びローヴィング操作を用いると
紡績糸の均一性に改善が得られる。もっと完全なドラフ
ト化を行い供給されたスライバーを混紡すればさらに均
一性が改善される。二重の切断を行えば偶然に長い繊維
が生じる機会が除去されるので糸の均一性が改善される
可能性がある。これによって次のドラフト化の機素を厳
密に設定することができ、その結果この操作における繊
維のコントロールが良好になる。
どの繊維に対しても最適の織物加工操作を行うには適
当な織物用の仕上げを施すことは重要である。スライバ
ーをクリンプすることも次の操作において有利になり、
クリンプの程度は品質管理上また工程管理上重要な要因
である。織物加工業界の専門家にとって、クリンプ装置
の要因を良好にコントロールし、この工程及び他の工程
における織物用仕上剤の種類及び量を最適化することが
望ましいことは容易に認められるであろう。クリンプ装
置の前または後において（例えば）噴霧により補助的な
仕上剤を施すこともできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に使用するのに適した装置の模式図であ
り、第２図及び第３図は本発明により牽切された繊維の
端の平面図である。第４図及び第５図はパシフィック・
コンバーターで処理された繊維の端の平面図、第６図及
び第７図はセイデル機で処理された繊維の端の平面図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−120740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−116431（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−96233（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−114923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−102195（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−1842（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭44−6130（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】フイラメントの強力が少なくとも18gpd、
    フイラメントのモジユラスが少なくとも400gpdの連続ｐ
    −芳香族アミド繊維フイラメントの糸またはトウを低い
    張力をかけてターボ・ステープラー型の牽切機の張力区
    域に供給し、伸張配向区域に通すことなく、ほとんど破
    断張力までフイラメントに高い張力をかけ、牽切区域に
    おいてブレーカー棒でフイラメントを急激に横方向に偏
    倚させることにより該高い張力をかけられたフイラメン
    トを不規則に切断し、得られたスライバーを牽切区域か
    ら取り出し、随時フイラメントをクリンプすることから
    なり、上記の高い張力は２組の拘束ロールを使用して第
    ２の組の拘束ロールを第１の組の拘束ロールよりも2.8
    〜4.0倍速い表面速度で動作させることによって与えら
    れ、上記のブレーカー棒は上記第１の組の拘束ロールと
    第２の組の拘束ロールとの中間の表面速度で回転させら
    れることを特徴とする、繊維のフイブリル化されていな
    い部分の直径の少なくとも50倍の長さの末端部分に沿っ
    て、繊維の端の少なくとも50％がフイブリル化され少な
    くとも５本のフイブリルになっている牽切された高強
    度、高モジユラスのｐ−芳香族アミド繊維スライバーの
    製造方法。
  2. 【請求項２】第２の組の拘束ロールを第１の組の拘束ロ
    ールよりも3.11倍速い表面速度で動作させる特許請求の
    範囲第１項記載の方法。
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