JP2815490B2 - 芳香族コポリアミド繊維及びその製造法 - Google Patents

芳香族コポリアミド繊維及びその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主として産業資材分野で
利用される耐熱性および耐疲労性にすぐれた高強度、高
ヤング率芳香族コポリアミド繊維およびその製造法に関
する。
【0002】
【従来の技術】ポリパラフエニレンテレフタルアミド繊
維(以下PPTA繊維という)はその優れた品質、すな
わち高強力、高モジュラス、高耐熱性および良好な寸法
安定性等により工業用繊維として各方面に応用され着実
に用途が拡大している。特に乗用車エンジン部品では車
の長期保証化への対応とともに振動や騒音が抑制される
との期待があり、このためには耐疲労性の向上が望まれ
ていた。
【0003】この方策として液晶紡糸法によるPPTA
繊維の場合は凝固、水洗および乾燥条件の改善により低
モジュラス、高伸度化により疲労性が改善された芳香族
ポリアミド糸(以下アラミド糸という)が提案されてい
る(特開平1−280014号公報)。
【0004】本発明者等はPPTA繊維対比高強力の芳
香族コポリアミド繊維について耐疲労性向上方策を鋭意
検討した結果、低モジュラス化または高伸度化によるタ
フネス向上が好適と考えて製糸条件について種種検討し
た。
【0005】等方性溶液を形成するパラ配向芳香族コポ
リアミドの場合には、紡糸に引き続く熱延伸を施して所
定の品質を発現させるため、紡糸工程での条件変更が品
質改善に有効なPPTA繊維とは様子が異なり、凝固条
件変更は延伸糸品質にほとんど影響を及ぼさないことが
判明した。さらに延伸条件についても従来適当とされて
いた延伸方法(特公昭63−28128号公報)の最適
化検討により強度の低下を最小限に抑えて低モジュラス
を達成しようとすると強度、伸度が低下してアラミド
繊維の特徴が発揮できなくなるという問題があった。
【0006】
【発明の目的】本発明の目的とするところは、該芳香族
コポリアミド繊維の特徴である“高強度”を維持しつつ
初期モジュラスを下げ疲労性を改善したアラミド繊維お
よびその製造法を提供することにある。すなわち紡糸工
程での変形に対し延伸工程での変形、品質変化の方が大
きいことから、延伸工程の変形プロフイ−ルについて鋭
意検討した結果、熱延伸後,延伸倍率が1.0未満の制
限収縮延伸法を採用すれば繊維強度の低下を抑制しなが
ら低モジュラス化が達成できることを見出だし本発明に
到達した。
【0007】すなわち本発明は「(請求項1)はポリマ
−の繰り返し単位の90モル%以上が下記の繰り返し単
位(a),(b)
【0008】
【化3】
【0009】からなり、単糸繊度が0.1〜20デニ−
ルであって、力学特性が下記の範囲にあることを特徴と
する芳香族コポリアミド繊維。 強度:18g/d以上 伸度:3.5%以上 初期モジユラス:550g/d以下 室温〜400における熱収縮率:0.2%以下(但し
初荷重0.3g/d) 400における熱収縮応力:0.5g/d以下 (請求項2)はポリマ−の繰り返し単位の90モル%以
上が下記の繰り返し単位(a),(b)
【0010】
【化4】
【0011】 からなる芳香族コポリアミドの未延伸繊維を下記式
(1) Tm−50≦T1≦Tm+50 (1) を満足する温度T1で少なくとも1回延伸し、ついで下
記式(2) T1−40≦T2≦T1+40 (2) を満足する温度T2,制限収縮率1.0〜20%で熱処
理することを特徴とする芳香族コポリアミド繊維の製造
法(ただしTmは後述する該芳香族コポリアミドの疑融
点)。 (請求項3)はT1での延伸を5〜11の延伸倍率で実
施する請求項2に記載の芳香族コポリアミド繊維の製造
法。 (請求項4)は制限収縮率が5〜10%である請求項2
に記載の芳香族コポリアミド繊維の製造法」である。
【0012】本発明が対象とするアラミド繊維は下記の
繰り返し単位(a),(b)
【0013】
【化5】
【0014】からなる芳香族コポリアミド繊維であって
物性は以下のとおりである。すなわち単糸繊度は0.1
〜20デニ−ルである。0.1デニ−ル未満の場合は熱
板での接触延伸性が悪く、20デニ−ルを越える場合は
凝固が不完全となり繊維物性、延伸性ともに満足のいく
ものが得られない。
【0015】強度については18g/d以上である。1
8g/d未満の場合は高強度繊維としてのアラミド繊維
の特徴がなくなる。伸度については3.5%以上であ
る。3.5%未満の場合は撚糸して使用する場合に撚り
歪みが大きくコ−ド形態が不均整になりやすく強力利用
率が低下する。初期モジユラスは550g/d以下であ
る。550g/dを越える場合には疲労性改善効果が低
下する。
【0016】室温〜400における熱収縮率は0.2
%以下(ただし初荷重0.3g/d)である。0.2%
を越える場合は耐熱性織物として使用する場合の鉄筋効
果が低下する。400における熱収縮応力は0.5g
/d以下である。0.5g/dを越える場合は耐熱性織
物として使用する場合の鉄筋効果が低下する。
【0017】本発明が対象とする芳香族コポリアミド繊
維の特性について種種検討する中で我我は該繊維のTM
A分析より、一旦熱延伸した繊維はその後の熱履歴によ
って寸法変化に正負(伸びまたは縮み)の違いが生じる
ことを発見した。すなわち例えば約3倍に延伸されたヤ
−ンのTMA分析によるとサンプル張力が0.10g/
dの場合は350〜450では約4%の伸長、450
〜500では約6%の収縮がある。この特徴を活用し
た延伸技術について検討した結果、TMA曲線に極大値
をもつ一旦熱延伸したヤ−ンをそれが収縮する温度、張
力条件で引き続いて制限収縮熱延伸すれば、従来法では
全く得ることができなかった特性が発現することをみい
だした(今後この製糸方法を制限収縮延伸法とよぶ)。
すなわち制限収縮延伸法によれば繊維初期モジュラスを
低下させることができ、疲労性改良に有効であるばかり
でなく、繊維の耐熱寸法安定性も向上するため耐熱、耐
炎防護衣料等の用途で穴あき防止のいわゆる鉄筋効果の
向上も期待できる。制限収縮延伸法で糸走行状態の安定
性と品質(モジュラスと強度)のバランスから採用可能
な延伸条件が定められる。
【0018】高強力アラミド繊維としての強度を18g
/d以上とするには全延伸倍率は5倍以上必要である。
製品の高強度化を達成するには収縮前の延伸倍率は高め
るほど良いが、高延伸倍率にするには延伸温度のアップ
が必要であり、その場合、融着が起りやすく延伸断糸も
増加するため、これを回避するには特公昭63−281
28号公報で開示されているような2段熱延伸を行う必
要がある。しかしこの場合は設備が大型化する。従って
延伸倍率としては1段熱延伸で工程と品質との両方をほ
ぼ満足できる10倍程度に抑えるのが実用的である。な
お全延伸倍率を5倍未満とすると高強度化は達成できず
不十分である。制限収縮熱処理の場合、本発明の目的を
達成するためには制限収縮率は1.0%以上が必要であ
り、その上限は温度によって収縮率の限界が決まるが収
縮率増大とともに熱板やロ−ラ−上の糸揺れがはげしく
なるので20%の収縮が限界である。品質上、工程安定
化上、好ましくは5〜10%である。制限収縮の温度条
件としては1段延伸時の温度より低温とすることが好ま
しい。温度−寸法変化関係において極大値をとるTMA
特性から、制限収縮延伸のための温度条件としては、1
段延伸温度より高くも低くも設定可能であるが、1段延
伸温度より高温では融着が発生しやすく、また延伸張力
は低下するので工程が不安定になり品質も損なわれる。
1段延伸の温度よりも低温で収縮延伸を実施すると延伸
張力が低くとも融着の発生は殆んどないので品質低下を
防止できる。
【0019】2段熱延伸の加熱手段としては熱板等の接
触型加熱、中空パイプ等の非接触型加熱、スチ−ムジェ
ットによる加熱等任意の手段をとることができるが、延
伸張力が低いので糸乱れを起こしやすい非接触型加熱よ
りも熱板のほうが糸乱れが少なく、また張力が低いので
熱板特有の擦過の障害も起こりにくいのでこれを採用す
るのが有利である。
【0020】1段延伸温度はTm(疑融点)の±50
以内で実施する。Tm−50よりも低いと高い延伸倍
率を用いることができず繊維強度が低くなる。Tm+5
よりも高いと繊維が延伸途中で溶融断糸する。制限
収縮熱処理温度は1段延伸温度の±40以内で実施す
る。T1−40よりも低いと糸のたるみが激しく工程
が不安定になる。T1+40よりも高いと融着が起こ
りやすい。
【0021】熱延伸倍率は5〜11が好ましい・品質面
からは6倍以上、工程面からは10倍以下がより好まし
い。制限収縮率は1.0〜20%,好ましくは5〜10
%である。ここでTmは窒素気流中10/分の昇温速
度で測定した示差熱分析(DTA)曲線において検知さ
れる融解開始温度(ベ−スラインと吸熱ピ−クとの交点
に対応する温度)をTmと定義する。
【0022】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 ポリマ−の調整 水分率100ppm以下のN−メチル2−ピロリドン
(NMP)にパラフエニレンジアミン25モル%,3,
4´−ジアミノフエニルエ−テル25モル%を投入し、
窒素気流下で溶解した後、テレフタル酸ジクロリド50
モル%をすばやく投入し激しく攪拌した。約2時間後、
発生した塩化水素にたいして水酸化カルシウムを99
7%当量加え約1時間で中和反応を終了した。得られた
ド−プはポリマ−の重量濃度6%,100で1000
ポアズの落球粘度を有し、ポリマ−のIVは32あっ
た。このポリマの疑融点(Tm)は470であった。
【0023】[比較例1] 上記調整法によるポリマ−ド−プを用いて、口金孔数1
000ホ−ルでドライジェット紡糸を実施した。吐出量
1350g/min,紡糸速度47m/min,水洗−
乾燥後、熱延伸を温度512、倍率8.8で実施し
制限収縮延伸は施さなかった。得られた繊維物性を測定
して以下の結果を得た。繊度 1500デニ−ル、強度
28.3g/d,伸度 4.9%,モジユラス590
g/de,室温〜400での熱収縮率 0.26%,
400での熱収縮応力 0.75g/d
【0024】[比較例2〜6] 延伸温度を変更する以外は(比較例1)と同一条件で行
った。その結果を(表1)に示す。
【0025】
【表1】
【0026】[実施例] (比較例1)に用いたド−プを使用して1000フイラ
メントのドライジェット紡糸を実施し、延伸は以下に示
す制限収縮延伸法を用いた。吐出量780g/min,
紡糸速度47m/min,水洗−乾燥後、温度480
で倍率6.2で延伸した後、引き続いて460で7%
の制限収縮延伸を行った。得られた繊維物性は以下のと
おりであった。繊度 1501デニ−ル、強度 20.
3g/d,伸度 4.2%,モジユラス470g/d
e,室温〜400での熱収縮率 0.15%,400
での熱収縮応力 0.45g/d
【0027】[実施例] (実施例)で得られた未延伸糸を、引き続いて以下の
条件で制限収縮延伸した。1段延伸温度 470,延
伸倍率 8.4倍 制限収縮延伸温度 500 収縮
率 2%得られた繊維物性は以下のとおりであった。繊
度 1537デニ−ル、強度 22.2g/d,伸度
4.2%,モジユラス490g/de,室温〜400
での熱収縮率 0.19%,400での熱収縮応力
0.48g/d
【0028】[実施例] (比較例1)に用いたド−プを使用して口金孔数667
ホ−ルで下記の条件でドライジェット紡糸を実施した。
吐出量900g/min,紡糸速度47m/min,水
洗−乾燥後、温度480で倍率6.3で延伸した後、
引き続いて460で7%の制限収縮延伸を行った。得
られた繊維物性は以下のとおりであった。繊度 151
0デニ−ル、強度 19.9g/d,伸度 4.1%,
モジユラス480g/de,室温〜400での熱収縮
率 0.14%,400での熱収縮応力 0.42g
/d
【0029】[実施例] (比較例1)に用いたド−プを使用して口金孔数333
ホ−ルで下記の条件でドライジェット紡糸を実施した。
吐出量750g/min,紡糸速度47m/min,水
洗(温水中1.3倍延伸)−乾燥後、温度485
7.5倍にの熱延伸に引き続いて460で7.5%の
制限収縮延伸を行った。得られた繊維物性は以下のとお
りであった。繊度 1509デニ−ル、強度 21.8
g/d,伸度 4.2%,モジユラス470g/de,
室温〜400での熱収縮率 0.12%,400
の熱収縮応力 0.38g/d
【0030】[実施例] (比較例1)の繊維と(実施例1)の繊維をタイミング
ベルト用コ−ドとし、連続運転後の強力維持率を評価し
た。その結果、モジユラスの低い実施例サンプルが強力
維持率が高く、疲労性が改善されることが判明した。コ
−ド;1500//2,12T/10cm走行試験後の
ベルト強力変化(単位 kg)は(表2)に示す。
【0031】
【表2】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−149934(JP,A) 特開 昭61−89317(JP,A) 特開 昭60−110918(JP,A) 特開 昭60−151314(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) D01F 6/80 331 D02J 1/22 D01F 6/60 371

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリマ−の繰り返し単位の90モル%以
    上が下記の繰り返し単位(a),(b) 【化1】 からなり、単糸繊度が0.1〜20デニ−ルであって、
    力学特性が下記の範囲にあることを特徴とする芳香族コ
    ポリアミド繊維。 強度:18g/d以上 伸度:3.5%以上 初期モジユラス:550g/d以下 室温〜400における熱収縮率:0.2%以下(但し
    初荷重0.3g/d) 400における熱収縮応力:0.5g/d以下
  2. 【請求項2】 ポリマ−の繰り返し単位の90モル%以
    上が下記の繰り返し単位(a),(b) 【化2】 からなる芳香族コポリアミドの未延伸繊維を下記式
    (1) Tm−50≦T1≦Tm+50 (1) を満足する温度T1で少なくとも1回延伸し、ついで下
    記式(2) T1−40≦T2≦T1+40 (2) を満足する温度T2,制限収縮率1.0〜20%で熱処
    理することを特徴とする芳香族コポリアミド繊維の製造
    法(但しTmは後述する該芳香族コポリアミドの疑融
    点)。
  3. 【請求項3】 T1での延伸を5〜11の延伸倍率で実
    施する請求項2に記載の芳香族コポリアミド繊維の製造
    法。
  4. 【請求項4】 制限収縮率が5〜10%である請求項2
    に記載の芳香族コポリアミド繊維の製造法。
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