JP2817812B2 - 高強度、高モジユラス芳香族ポリアミドの紡糸方法 - Google Patents
高強度、高モジユラス芳香族ポリアミドの紡糸方法Info
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Description
リアミドフイラメントを、特に工業的に望ましい高い紡
糸速度で、紡糸するための方法に関する。
フイラメントの製造方法は、米国特許第3,767,75
6号によって公知であるが、この方法においては、同軸
的であるか又は平行であり且つ反対方向に向いている連
鎖延長結合を有する芳香族ポリアミド(パラ-アラミ
ド)の高度に異方性の酸溶液を、紡糸口金を通じて不活
性、非凝固性流体中、凝固浴中、次いでオーバーフロー
する凝固剤と共に、紡糸口金と整列させた垂直の紡糸筒
中に押出す。紡糸筒の入口に、米国特許第4,078,0
34号中に記すような、偏向環を設けるときには向上し
た結果を得ることができる。
たとえばポリ(p-フエニレンテレフタルアミド)のよう
な芳香族ポリアミドの高強度、高モジユラスフイラメン
トを提供するが、これは自動車タイヤ、工業用ベルト、
ロープ、ケーブル、防弾チョッキ、保護衣その他の用途
において有用である。
ニールが1500デニール程度又はそれ以上のものであ
る場合には、米国特許第4,298,565号及び4,3
40,559号は、米国特許第3,767,756号及び
4,078,034号の紡糸方法に対する改良を提供す
る。米国特許第4,298,565号の方法に従えば、生
成するフイラメント及び糸の引張強さが、250m/分
を超える所定の紡糸速度において、通常は少なくとも1
g/デニールの望ましい顕著な量で、増大する。米国特
許第4,298,565号は付加的な凝固液をフイラメン
トの回りに下向きに対称的に噴出させて、オーバーフロ
ーする凝固液と共に紡糸筒を下降させるという方法を開
示している。噴出及びオーバーフロー凝固液の流量を一
定に保ち且つ噴出させる液のオーバーフロー液に対する
運動量比を0.5〜0.6とする。加うるに、米国特許第
4,298,565号はフイラメントの質量流量の70〜
200倍の全凝固液の質量流量を記している。米国特許
第4,340,559号もまた、パラ-アラミド糸の高速
紡糸の改良を開示している。米国特許第4,340,55
9号は、凝固液と繊維の除去のためのオリフイスに向う
凝固液の実質的に水平な、非乱流を提供する浅い浴の使
用を開示している。この浴は、浴オリフイスの入口より
下方の凝固液の中の僅かな部分を占めているにすぎな
い。
らに大きな改善を達成することができるということが見
出されたが、この方法においては、100mlの酸当りに
少なくとも30gの、少なくとも4の固有粘度を有し且
つ同軸又は平行のいずれかで反対方向に向いている連鎖
延長結合を有する、芳香族ポリアミドを含有する酸溶液
を、不活性非凝固性流体の層を通して凝固浴中に、次い
でオーバーフローする凝固液と共に紡糸筒中に押出す。
フイラメントが紡糸筒に入る時点から約2.0ミリ秒内
にフイラメントに対して0°〜85°の角度を成す下向
きの方向でフイラメントの回りに対称的に付加的な凝固
液を注入する。注入する凝固液とオーバーフロー凝固液
の流量を一定に保つ。本発明においては、質量流量比、
すなわち、合計した凝固液の質量流量のフイラメントの
質量流量に対する比、は約250よりも大であり、また
注入凝固液のオーバーフロー凝固液に対する約6.0よ
りも大きい運動量比を使用する。質量流量比は約300
よりも大であることが好ましい。また、紡糸筒中の合計
した凝固液の平均線速度は紡糸筒から出るフイラメント
の速度よりも小さい。
筒に向う凝固液の実質的に非乱流的な流動を提供するた
めに十分な幅を有し且つ紡糸筒への入口よりも下方の浴
中の全凝固液の中の小部分を占めるにすぎない浅い浴を
使用する。
/分、もっとも好ましくは少なくとも約650ヤード/
分の巻き取り速度で行なうことが好ましい。
の以下の詳細な説明を参照することによって、もっとも
よく理解することができよう。
結合が同軸的又は平行のいずれかであり且つ反対方向に
向いている芳香族ポリアミドを一般に、ここに参考とし
て編入せしめる、米国特許第3,767,756号に従っ
て、異方性硫酸溶液から紡糸する。一般に、重合体の固
有粘度は少なくとも約4.0であること及び少なくとも
約98%の濃度を有する硫酸中に溶解することが必要で
ある。
ここに編入せしめる米国特許第4,340,559号中に
開示するような凝固浴を使用する。米国特許第4,34
0,559号の浴は、フイラメントと凝固浴が通過する
紡糸筒に向う実質的に水平の、非乱流的な流れを提供す
るために十分な幅を有している。
固浴1の断面図を示している図1を参照して説明する。
浴1は支持構造物3中に取り付けた挿入円盤2から成る
円形構造物である。支持構造物3は、凝固浴1の周囲へ
の冷却浴の均一な放出を増進するために適する充填物7
を含有する分散リング6への圧力下の冷却液5の導入の
ための入口4を包含する。
固液の均一な分布と非乱流的な流れを与えるためのじや
ま板又は充填物を含有する周囲のマニホルドから行なう
ことができる。円形の浴の場合には、マニホルドは浴を
取り巻くことができる。スロットオリフイスをもつ長方
形の浴の場合にも、マニホルドはやはり浴を取り巻くこ
とができるが、凝固液はスロットに対して平行な浴の側
に対してのみ供給することができる。オリフイスに向う
凝固液の流れがオリフイスの近傍で非乱流であることが
必要であるにすぎない。かくして、充填物7はガラスビ
ーズ、一連の網、ハネカム構造物、焼結した金属板、又
はその他類似のものとすることができる。
は網8を通過したのち、認めうるほどの乱流又は逆流な
しに均一に浴1の中心へと流れ、そこで冷却液5は紡糸
口金10から押出したフイラメント9と接触し、それに
よって冷却液5とフイラメント9が一緒にオリフイス1
1を通じて下向きの方向で紡糸筒14中を通過する。浴
の底はオリフイス11に向う均一な非乱流を促進するた
めにA及びBで指示した区域によって示すような輪郭と
することができる。オリフイスの回りの区域はオリフイ
スに向う傾斜を有することもできる。凝固浴の深さは非
乱流の区域における浴の幅の20%以下とする。
ト、の紡糸に対しては、適当な浴の幅は、約12mmの開
始直径を有する先細となるアプローチをもつ直径3.1m
mのオリフイスとの組合わせにおいて約2.5インチ
(6.35cm)である。さらに大きな規模の紡糸、たと
えば、1000フイラメント、に対しては、約28mmの
開始直径を有する先細となるアプローチを有することが
できる9mmのオリフイス直径と組合わせたときの適当な
浴の幅は約23cmである。
5号中に開示する噴出装置と同様に働らく円形噴出装置
12を包含する。フイラメントがオリフイス11と紡糸
筒14の壁に付着しないように保つことを助けるため
に、オリフイス11はリップ13を有していること、す
なわち、オリフイス11は紡糸筒14よりも僅かに小さ
い直径を有していることが好ましい。冷却液5を入口1
5と通路16を通じて一つ以上の噴出口17中に導入
し、それによって冷却液5はフイラメント9及び他の冷
却液5と共に紡糸筒中を下向きの方向で前方の装置(図
中に示してない)への出口18へと進む。公知の手順に
従って、フイラメントを洗浄及び/又は中和し、且つ乾
燥したのち、この方法によって生じた糸を巻き取る。
フイラメントに対する角度は0〜85°の範囲の角度
(θ)を成すことが好ましい。θ=90°の場合も満足
できる結果を得ることができるけれども、しかしなが
ら、このθの選択は、プロセスの制御をきわめて難しい
ものとし、それ故、工業的な操作においては望ましくな
い。工業的な製造プロセスにおいて使用するためには3
0°が特に適当である。噴出口17をオリフイス11に
隣接して配置して、噴出した凝固液をフイラメントが紡
糸筒に入る時点から約2ミリ秒以内に、フイラメントの
方へと下方に向ける。
ス、噴出口及び紡糸筒の延長部を同軸上に注意深く整列
させると共に噴出口要素を注意深く設計して糸条の回り
に完全に対称的に噴出させるときに、最大の改善を提供
する。対称性を失なわせるような噴出要素の不整列又は
噴出口中の固体粒子は、改善を低下させるか又は排除す
る。このような対称性は、二つ以上の噴出口により、又
は糸条に対して対称的に配置したみぞにより提供するこ
とができる。
る凝固液(Q1)と噴出した凝固液(Q2)の流れを、本
発明による改善を達成するように制御し且つ保持する。
合わせた凝固液の質量流量のフイラメントの質量流量に
対する質量流量比(R)を約250よりも大きくなるよ
うに調節する。質量流量比(R)は約300よりも大き
いことが好ましい。その上、噴出凝固液のオーバーフロ
ー凝固液に対する約6.0よりも大きな運動量比(φ)
を使用する。
凝固液(Q1)の流量は、浴中への流入量を計ることに
よるオリフイス11上の浴の深さ(寸法h)の調節によ
って制御するが、紡糸筒の直径にも依存する。寸法hは
普通には1インチ(2.5cm)未満であり、約0.5イン
チ(1.3cm)であることが好ましい。hが小さすぎる
と、進行するフイラメントのポンプ作用によって空気が
紡糸筒14中に引き込まれる可能性があり、そのような
ことは製造する糸の引張特性と機械的性質の両方に対し
て有害である。かくして、hは気泡の同伴が生じないこ
とを保証するために十分な程度に大でなければならな
い。上記の考慮は紡糸筒14の適当な直径の計算をみち
びく。オリフイスを通じる冷却液のオーバーフロー流量
(Q1)は同じオリフイスを通って移動する糸条によっ
て著るしく影響を受けるから、この効果をも考慮に入れ
なければならない。たとえば、0.625インチ(15.
9mm)の静水ヘッド下に0.375インチ(9.5mm)の
直径のオリフイスを通るオーバーフロー流量は、移動す
る糸がないときは1分間当り約0.4ガロンであるが、
686m/分で移動する1本当り1.5デニールの100
0本のフイラメントの糸の存在では1分間当り2.3ガ
ロンである。これは一般に境界層現象に基づいた、液体
の層を通して移動するフイラメントの吸込み効果が原因
である。この効果を補償するように、オリフイスの寸
法、すなわち、断面の寸法を適当に選択する。
した寸法の噴出口を通じる計量した揚水によって制御す
ることが好ましい。噴出口の小さいほうの断面寸法(た
とえば、穴の直径又はみぞの幅)は一般に2〜100ミ
ル(0.05〜2.5mm)の範囲にある。流量及び噴出口
に対しては、噴出凝固液の軸速度が加工する糸の速度の
少なくとも約50%よりも大であり、引張強さの低下を
生じさせる糸条のドラッギングを防ぐためには糸の速度
の少なくとも約80%を超えることが好ましい。しかし
ながら、噴出凝固液の軸速度は加工する糸の速度の20
0%を著るしく超えるべきではなく、測定される糸の引
張強さの低下を生じさせるおそれがある糸条の振動を防
ぐためには糸の速度の約150%を超えないことが好ま
しい。それ故、合わせた凝固液のフイラメント質量に対
する約250、好ましくは約300よりも大きな質量流
量比、及び噴出凝固液のオーバーフロー凝固液に対する
約6.0よりも大きな運動量比を提供する適当な噴出液
流量及び噴出口又はみぞを使用することが必要であり、
それがまた糸の速度に関係した噴出凝固液に対する適当
な速度を提供する。
せた凝固液の平均線速度を紡糸筒から出るフイラメント
の速度よりも低い速度に保つ。これはフイラメントの
“ルーピング”による糸の引張強さの低下及び供給ロー
ル前の十分な張力の不在によって生じうるプロセス連続
性の問題を防止する。
であり、特に少なくとも約500ヤード/分、好ましく
は少なくとも約650ヤード/分の紡糸速度に対して有
用であるけれども、比較的高い紡糸速度は比較的低い紡
糸速度と比較して実際に強度の低下をもたらす。しかし
ながら、公知の方法と比較するときには、引張強さはす
べての紡糸速度で本発明の方法によって増大し、驚くべ
きことに850ヤード/分及びそれ以上のような高い紡
糸速度において向上した引張強さが達成され、このよう
な紡糸速度の工業的な使用を可能とする。本発明の方法
によって生じる引張強さについての有利性は、増大する
質量流量比(R)と運動量比(φ)の両方と共に増大し
続け、かくして、紡糸速度の継続する上昇になる引張強
さの低下を補償することができるけれども、5000を
超える質量流量比(R)と50を超える運動量比(φ)
は、一層著るしい改善を与えることはなく、特に、たと
えば1500デニールのような高デニールの、工業的な
生産に対しては、経済的な魅力はないものと思われる。
とによって計算するが、ここでCは95〜98%硫酸1
dl当りに重合体0.5gの濃度であり、t2は毛細管粘度計
中の重合体溶液の30℃における流下時間であり、t1は
溶剤のみの相当する流下時間である。
での重量である。デニールとして表わすときには、長さ
は9000mである。dtexとして表わすときは、長
さは10,000mである。約1mの乾燥、平衡長さを測
定し、重さを計り、次いで一般的な線密度に変換する。
デイショニングした糸について、24℃で55%の相対
湿度で測定する。試験前に、より合わせてない糸(紡糸
したままのフイラメントの束)を1.1の撚り倍率(T
M)に撚るが、ここで
きである。引張強さ、モジユラス及び伸びは、1分間当
り50%のひずみで伸張する糸について、25.4cmの
ゲージ長さを用いる試験用応力/ひずみ解析機の出力か
ら計算する(出発長さに基づく)。
運動量(M2)のオーバーフローする凝固液の運動量
(M1)に対する比;すなわち、φ=M2/M1である。
運動量は質量率と流速の積と定義する。運動量比の計算
は前記の米国特許第4,298,565号中に記されてお
り、実施例では下式により計算する:
りQ2は噴出液の流量であり、d1は紡糸筒の内径であ
り、d2は噴出口の小さいほうの寸法であり、θは噴出
液と糸条の鋭角である。
りは、比φは選択する単位に無関係である。
(乾燥基準)に対する比である。この場合の流体流量Q
の基本単位はガロン/分である。
る。
溶解前に6.3dl/g、繊維形態で5.4dl/gの固有粘度
を有するポリ(パラフエニレンテレフタルアミド)(P
PD−T)を紡糸した。紡糸筒の直径は0.3インチ
(0.76cm)であり、また8及び16ミルの噴出口
を、噴流と糸線の間の角度を30°として使用した。紡
糸ドープ中で使用した溶剤は100.1%の硫酸であ
り、各紡糸ドープ中の重合体の濃度は、ドープの19.
4〜0.1±0.1重量%とした。
は、それぞれ2.5ミル(0.065mm)の直径を有す
る、133、266、500、667及び1000の毛
管を有していた。使用した空気間隙、すなわち、紡糸口
金の出口面から凝固液との最初の接触までのフイラメン
ト移動距離は、0.25インチ(0.635cm)であっ
た。
0ヤード/分(594m/分)の糸速度を用いる。その
他の加工条件を第1表中に示し、製品の特性を第2表中
に示す。紡糸筒中の合わせた凝固液の平均線速度、V
q、をも第1表中に示す。
(R)と運動量比(φ)において本発明(実施例I−
A)を例証する。第二の部分(実施例I−B)は比較的
低い質量流量比(R)と運動量比(φ)を用いている
が、なお本発明を例証する。第三の部分(実施例I−比
較)は、従来の方法の範囲内であるために十分な低い質
量流量比(R)と運動量比(φ)を用いる比較例であ
る。
した糸の引張強さを達成することができるということは
明白である。
分)の糸速度を用いている三つの部分から成る。その他
の加工条件を第1表中に示し、製品の特性を第2表中に
示す。紡糸筒中の合わせた凝固液の平均線速度、Vq、
をも第1表中に示す。
実施例II−AとII−Bは本発明を例証するが、全く異な
る質量流量比(R)と運動量比(φ)を用い、実施例II
−比較は従来の方法の範囲内であるために十分な低い質
量流量比(R)と運動量比(φ)を用いる。
た糸の引張強さを達成することができるということは明
白である。
00ヤード/分(457m/分)の糸速度を用いる。そ
の他の加工条件を第1表中に、製品の性質を第2表中に
示す。紡糸筒中の合わせた凝固液の平均線速度、Vq1を
も第1表中に示す。
施例III−AとIII−Bは本発明を例証するが、異なる質
量流量比(R)を用い、実施例III−比較は従来の方法
の範囲内とするために十分に低い質量流量比(R)と運
動量比(φ)を用いる。
た糸の引張強さを達成することができるということは明
らかである。
おりである。
は平行のいずれかで反対方向に向いている連鎖延長結合
を有する芳香族ポリアミドを100mlの酸当りに少なく
とも30g含有している酸溶液を、不活性非凝固性流体
の層を通じて凝固浴中に、次いでオーバーフローする凝
固液と共に紡糸筒中に押出し、フイラメントが紡糸筒に
入る時点から約2.0ミリ秒内にフイラメントに対して
0°〜85°の角度を成す下向きの方向で付加的な凝固
液をフイラメントの回りに対称的に噴出させ、噴出した
凝固液とオーバーフローする凝固液の両者の流量を一定
に保ち、且つフイラメントを巻き取ることによる、高強
度、高モジユラス芳香族ポリアミドの製造方法におい
て、合わせた凝固液の質量流量のフイラメントの質量流
量に対する約250よりも大きい質量流量比を使用し、
噴出させた凝固液のオーバーフローする凝固液に対する
約6.0よりも大きい運動量比を使用し、且つ紡糸筒か
ら出るフイラメントの速度よりも低い紡糸筒中の合わせ
た凝固液の平均線速度を保持することを特徴とする改
良。
る上記第1項記載の方法。
紡糸筒に向う凝固液の実質的に非乱流的な流れを与える
ために十分な幅を有し且つ該紡糸筒への入口よりも下方
の該浴中の全凝固液の比較的少部分を有するにすぎない
ことを特徴とする上記第1項記載の方法。
ヤード/分の速度で巻き取る上記第1項記載の方法。
ヤード/分の速度で巻き取る上記第1項記載の方法。
装置の断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 少なくとも4の固有粘度及び同軸的又は
平行のいずれかで反対方向に向いている連鎖延長結合を
有する芳香族ポリアミドを100mlの酸当りに少なくと
も30g含有している酸溶液を、不活性非凝固性流体の
層を通じて凝固浴中に、次いでオーバーフローする凝固
液と共に紡糸筒中に押出し、フイラメントが紡糸筒に入
る時点から約2.0ミリ秒内にフイラメントに対して0
°〜85°の角度を成す下向きの方向で付加的な凝固液
をフイラメントの回りに対称的に噴出させ、噴出した凝
固液とオーバーフローする凝固液の両者の流量を一定に
保ち、且つフイラメントを巻き取ることによる、高強
度、高モジユラス芳香族ポリアミドの製造方法におい
て、合わせた凝固液の質量流量のフイラメントの質量流
量に対する約250よりも大きい質量流量比を使用し、
噴出させた凝固液のオーバーフローする凝固液に対する
約6.0よりも大きい運動量比を使用し、且つ紡糸筒か
ら出るフイラメントの速度よりも低い紡糸筒中の合わせ
た凝固液の平均線速度を保持することを特徴とする改良
された紡糸方法。
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