JP3120913B2 - Heat treatment method of polybenzazole fiber - Google Patents

Heat treatment method of polybenzazole fiber

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JP3120913B2
JP3120913B2 JP04324278A JP32427892A JP3120913B2 JP 3120913 B2 JP3120913 B2 JP 3120913B2 JP 04324278 A JP04324278 A JP 04324278A JP 32427892 A JP32427892 A JP 32427892A JP 3120913 B2 JP3120913 B2 JP 3120913B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は繊維の物性の向上を目的
とした、ポリベンザゾール繊維の熱処理に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat treatment of polybenzazole fiber for improving physical properties of the fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】ポリベンズオキサゾールのようなポリベ
ンザゾール繊維は、現在市場でスーパー繊維の代表とさ
れているポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の2
倍以上の弾性率を有するので、次世代のスーパー繊維と
して期待されている。ポリベンザゾール繊維の最高弾性
率を得るには熱処理が不可欠である。通常の熱処理方法
はJ.Mater.Sci.20,2727(198
5)やH.D.Ledbetter、S.Rosenb
erg、C.W.Hurtig;Symposium
Proceedings of The Materi
alsScience and Engineerin
g of Rigid−RodPolymers,Vo
l.134,253(1989)に記載されている。こ
れらの通常のポリベンザゾール繊維の熱処理方法はポリ
ベンザゾール繊維の剛直性が極めて高いため500℃以
上の温度で処理されなければならない。このため従来法
による熱処理機は巨大で高価なものとなっており、工業
化の障害となっている。
2. Description of the Related Art Polybenzazole fibers such as polybenzoxazole are two types of polyparaphenylene terephthalamide fibers, which are currently regarded as super fibers in the market.
It has more than twice the modulus of elasticity and is expected to be the next generation super fiber. Heat treatment is indispensable for obtaining the highest elastic modulus of the polybenzazole fiber. The usual heat treatment method is described in J. Mater. Sci. 20, 2727 (198
5) and H. D. Ledbetter, S.M. Rosenb
erg, C.I. W. Hurtig; Symposium
Proceedings of The Materi
alsScience and Engineerine
go of Rigid-RodPolymers, Vo
l. 134, 253 (1989). These conventional heat treatment methods for polybenzazole fibers must be treated at a temperature of 500 ° C. or higher because the rigidity of the polybenzazole fibers is extremely high. For this reason, the heat treatment machine according to the conventional method is huge and expensive, which is an obstacle to industrialization.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明はポリベンザゾ
ール繊維の弾性率の向上のために行う高温での長時間熱
処理を無くするため新しい熱処理方法を提供しようとす
るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a new heat treatment method for eliminating a long-time heat treatment at a high temperature for improving the elastic modulus of polybenzazole fiber.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明はポリベンザゾー
ルの熱処理に際し気体状の熱処理媒体と接触させること
そして熱処理媒体が水蒸気であることを第一の特徴とす
る。さらに詳しく説明すると、本発明はポリベンザゾー
ル繊維に張力をかけ熱処理媒体と接触せしめ、熱処理媒
体は水蒸気で、熱処理帯を繊維にたいし向流もしくは対
向流で接触せしめ、かつ水蒸気と繊維の速度差が少なく
とも5m/秒であることを第二の特徴とする。また本発
明は 、ポリベンザゾール繊維に張力をかけ熱処理媒体
と接触せしめ、熱処理媒体は水蒸気で、熱処理帯を繊維
に対し向流もしくは対向流で接触せしめ、かつ水蒸気と
繊維の速度差が少なくとも5m/秒であり、熱処理帯で
の滞留時間が3秒以下であることを第三の特徴とする。
その他、ポリベンザゾール繊維に張力をかけ熱処理媒体
と接触せしめ、熱処理媒体は水蒸気で、熱処理帯を繊維
に対し向流で接触せしめる方法、ポリベンザゾール繊維
に張力をかけ熱処理媒体と接触せしめ、熱処理媒体は水
蒸気で、熱処理帯を繊維に対し対向流で接触せしめる方
法、ポリベンザゾール繊維に張力をかけ熱処理媒体と接
触せしめ、熱処理媒体は水蒸気で、熱処理帯を繊維に対
し向流及び対向流で接触せしめる方法、上記熱処理方法
においてポリベンザゾール繊維がポリベンズオキサゾー
ル繊維であること、上記熱処理方法において、加熱媒体
としての水蒸気の速度が少なくとも10m/秒であるこ
と、上記熱処理方法において、加熱媒体としての水蒸気
の速度が少なくとも100m/秒であることを特徴とす
る。
The first feature of the present invention is that the heat treatment of polybenzazole is brought into contact with a gaseous heat treatment medium and the heat treatment medium is steam. More specifically, the present invention provides for tensioning the polybenzazole fiber into contact with the heat treatment medium, the heat treatment medium being steam, the heat treatment zone being brought into contact with the fiber in countercurrent or countercurrent to the fiber, and the velocity of the water vapor and the fiber. A second feature is that the difference is at least 5 m / sec. The present invention also provides a method for applying tension to the polybenzazole fiber and bringing the fiber into contact with the heat treatment medium, the heat treatment medium being steam, the heat treatment zone being brought into contact with the fiber in a countercurrent or countercurrent to the fiber, and a speed difference between the steam and the fiber being at least 5 m. / Sec, and the residence time in the heat treatment zone is 3 seconds or less.
In addition, a method of applying tension to the polybenzazole fiber and bringing the heat treatment medium into contact with the heat treatment medium, and bringing the heat treatment zone into contact with the fiber in countercurrent to the heat treatment medium. The method in which the medium is water vapor and the heat treatment zone is brought into contact with the fiber in a counterflow, the tension is applied to the polybenzazole fiber and the heat treatment medium is brought into contact with the heat treatment medium. The method of contacting, wherein the polybenzazole fiber is a polybenzoxazole fiber in the heat treatment method, the speed of steam as a heating medium is at least 10 m / sec in the heat treatment method, and the heating medium is Is characterized in that the water vapor velocity is at least 100 m / sec.

【0005】本発明で使用する物質はポリベンザゾール
(ポリベンズオキサゾール及びポリベンズチアゾール)
ポリマーを含有する。ポリベンズオキサゾール、ポリベ
ンズチアゾール及びそれらのランダムもしくはブロック
共重合体は、Wolfeらの米国特許4703103
(10月27日、1987)、米国特許4533692
(8月6日、1985)、米国特許4533724(8
月6日、1985)、米国特許4533693(8月6
日、1985)及びEversの米国特許435956
7(11月16日、1982)及びTsaiらの米国特
許4578432(3月25日、1986)、及び11
Ency.Poly.Sci.& Eng.,Poly
benzothiazoles and Polybe
nzoxazoles, 601(J.Wiley&
Sons 1988)及び W.W.AdamsらのT
he Materials Science and
Engineering of Rigid−Rod
Polymers (Materials Resea
rch Society, 1989)に記載されてい
る通りである。本発明のポリマーは85モル%以上が化
学式1または化学式2で表される繰り返し単位からな
る。
[0005] The substances used in the present invention are polybenzazole (polybenzoxazole and polybenzthiazole).
Contains polymer. Polybenzoxazoles, polybenzothiazoles and random or block copolymers thereof are disclosed in Wolfe et al., US Pat. No. 4,703,103.
(October 27, 1987), US Patent No. 4,533,692.
(August 6, 1985), US Pat. No. 4,533,724 (8
6, 1985), US Patent 4,533,693 (August 6).
1985) and Evers U.S. Pat.
7 (November 16, 1982) and US Pat. No. 4,578,432 to Tsai et al. (March 25, 1986), and 11
Ency. Poly. Sci. & Eng. , Poly
Benzothiazoles and Polybe
nzoxazoles, 601 (J. Wiley &
Sons 1988) and W.S. W. Adams et al. T
he Materials Science and
Engineering of Rigid-Rod
Polymers (Materials Research
rch Society, 1989). In the polymer of the present invention, 85 mol% or more is composed of the repeating unit represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2.

【0006】[0006]

【化1】 Embedded image

【0007】[0007]

【化2】 Embedded image

【0008】ここに、Arは芳香族を表す。芳香族はピ
リジニレン基などのヘテロ環であってもよいが好ましく
は炭素環式である。芳香族基は融合したあるいは融合し
ていない多炭素環でもよいが好ましくは単一の六員環で
ある。そのサイズは重要ではないが芳香族基は炭素原子
が18を超えず、さらに好ましくは炭素原子が12を超
えず、最も好ましくは炭素原子が6を超えないことであ
る。好ましい芳香族基としてフェニレン基、トリレン
基、ビフェニレン基、ビスフェニレンエーテル基などが
含まれる。AA/BB量体単位中のAr1は好ましくは
1,2,4,5−フェニレン基もしくは類似物である。
AB量体単位中のArは1,3,4−フェニレン基もし
くはその類似物が好ましい。それぞれのZは酸素もしく
は硫黄原子である。各DMは独立な合成重合を妨げない
二価の有機基である。二価の有機基は脂肪族基を含んで
もよいが、この脂肪族基の炭素原子の数は12以下であ
る。しかし二価の有機基は好ましくは先に記述した芳香
族基である。最も好適なのは1,4−フェニレン基もし
くはその類似物である。各アゾール環の窒素およびZ原
子はとなりの芳香環を形成する炭素原子と結合しアゾー
ルの5員環を形成する。AA/BB量体単位中のアゾー
ル環は、11 Ency.Polym.Sci.& E
ng.,supra, 602頁に図示するように、シ
ス位であったもトランス位であってもよい。ポリマーは
ABポリベンザゾール単位もしくはAA/BBポリベン
ザゾール単位が好ましく、更にAA/BBポリベンザゾ
ール単位が好ましい。ポリベンザゾール重合体の分子構
造は剛直鎖、もしくはそれに準じる剛直鎖、もしくはフ
レキシブルコイルを示す。AA/BBポリベンザゾール
重合体の場合は剛直鎖が、ABポリベンザゾールポリマ
ーの場合はそれに準じる剛直鎖が好ましい。ポリベンザ
ゾールポリマーは好ましくはリオトロピック液晶を形成
するポリマーである。(リオトロピック液晶は限界濃度
以上の濃度で溶解すると液晶ドメインを形成する)ポリ
マー中のアゾール環としてはオキサゾール環(Z=O)
が好ましい。好ましい量体単位を化学式3〜10に示
す。ポリマーは化学式3〜10に示される量体単位で好
ましくは構成される。最も好ましくは化学式3〜6から
選ばれる繰り返し単位からなる。
Here, Ar represents an aromatic. The aromatic may be a heterocyclic ring such as a pyridinylene group, but is preferably carbocyclic. The aromatic group may be a fused or unfused multi-carbon ring, but is preferably a single six-membered ring. Its size is not critical, but the aromatic group should have no more than 18 carbon atoms, more preferably no more than 12 carbon atoms, and most preferably no more than 6 carbon atoms. Preferred aromatic groups include a phenylene group, a tolylene group, a biphenylene group, a bisphenylene ether group and the like. Ar1 in the AA / BB mer unit is preferably a 1,2,4,5-phenylene group or the like.
Ar in the AB mer unit is preferably a 1,3,4-phenylene group or an analog thereof. Each Z is an oxygen or sulfur atom. Each DM is an independent divalent organic group that does not interfere with the synthetic polymerization. The divalent organic group may include an aliphatic group, but the aliphatic group has 12 or less carbon atoms. However, the divalent organic group is preferably an aromatic group as described above. Most preferred is the 1,4-phenylene group or an analog thereof. The nitrogen and Z atoms of each azole ring combine with the carbon atoms forming the adjacent aromatic ring to form a 5-membered ring of the azole. The azole ring in the AA / BB mer unit is 11 Ency. Polym. Sci. & E
ng. , Supra, p. 602, the cis position or the trans position. The polymer is preferably an AB polybenzazole unit or an AA / BB polybenzazole unit, and more preferably an AA / BB polybenzazole unit. The molecular structure of the polybenzazole polymer is a rigid straight chain, a rigid straight chain equivalent thereto, or a flexible coil. In the case of an AA / BB polybenzazole polymer, a rigid straight chain is preferable, and in the case of an AB polybenzazole polymer, a rigid straight chain equivalent thereto is preferable. The polybenzazole polymer is preferably a polymer that forms a lyotropic liquid crystal. (The lyotropic liquid crystal forms a liquid crystal domain when dissolved at a concentration higher than the limit concentration.) The azole ring in the polymer is an oxazole ring (Z = O)
Is preferred. Preferred units are shown in Chemical Formulas 3 to 10. The polymer is preferably composed of a monomer unit represented by Chemical Formulas 3 to 10. Most preferably, it comprises a repeating unit selected from chemical formulas 3 to 6.

【0009】[0009]

【化3】 Embedded image

【0010】[0010]

【化4】 Embedded image

【0011】[0011]

【化5】 Embedded image

【0012】[0012]

【化6】 Embedded image

【0013】[0013]

【化7】 Embedded image

【0014】[0014]

【化8】 Embedded image

【0015】[0015]

【化9】 Embedded image

【0016】[0016]

【化10】 Embedded image

【0017】各々のポリマーの数平均重合度は25以
上、好ましくは50以上、更に100以上が好ましい。
AA/BBポリベンザゾール重合体のメタンスルフォン
酸に溶解して25℃で測定した極限粘度は好ましくは少
なくとも10dL/gで、更に好ましくは15dL/
g、最も好ましくは20dL/gである。目的によって
は少なくとも25または30dL/gの極限粘度が好ま
しい。60dL/g以上の極限粘度も使用することがで
きるが好ましくは45dL/g未満である。極限粘度は
約33dL/gが最も好ましい。ABポリベンザゾール
重合体の極限粘度は5dL/g以上、好ましくは、10
dL/g以上、更に好ましくは15dL/g以上であ
る。
The number average degree of polymerization of each polymer is 25 or more, preferably 50 or more, and more preferably 100 or more.
The intrinsic viscosity of the AA / BB polybenzazole polymer measured at 25 ° C. dissolved in methanesulfonic acid is preferably at least 10 dL / g, more preferably 15 dL / g.
g, most preferably 20 dL / g. For some purposes, an intrinsic viscosity of at least 25 or 30 dL / g is preferred. Intrinsic viscosities of 60 dL / g or more can be used, but are preferably less than 45 dL / g. Most preferably, the intrinsic viscosity is about 33 dL / g. The limiting viscosity of the AB polybenzazole polymer is 5 dL / g or more, preferably 10 dL / g.
dL / g or more, more preferably 15 dL / g or more.

【0018】ポリマーは、ドープから紡糸もしくは押出
して繊維やフイルムに製造される。ドープは溶媒中のポ
リマー溶液である。重合体もしくは共重合体を直ちに紡
糸や押出しに供することができない場合は、溶媒に解か
して溶液やドープの状態にして紡糸・押出しをすること
ができる。ポリベンザゾールやポリベンズチアゾールは
クレゾールに溶解する。酸は非酸化性のものが好まし
い。溶媒としてポリリン酸、メタンスルホン酸、スルホ
ン酸、もしくはそれらの混合物が好ましい。更にポリリ
ン酸及び/又はメタンスルホン酸が好ましく、更にポリ
リン酸が好ましい。ドープは固体を形成するための凝固
化に十分な濃度であることを要するが、高濃度にし過ぎ
るとドープ粘度の管理が困難になる。ポリマーが剛直も
しくはそれに準じる剛直鎖の場合は、ドープ中のポリマ
ー濃度は液晶性ドープとするに十分な濃度にする。ポリ
マー濃度は好ましくは7重量%以上、更に10重量%以
上、更に14重量%以上が好ましい。最大濃度は種々の
条件、例えばポリマー溶解性や上述のドープ粘度により
制約される。これらの条件によってはポリマー濃度はま
れに30重量%以上となる場合があるが通常は20重量
%以下である。
The polymer is produced into fibers or films by spinning or extruding from a dope. The dope is a polymer solution in a solvent. If the polymer or copolymer cannot be immediately subjected to spinning or extrusion, it can be dissolved in a solvent to form a solution or a dope and then spun and extruded. Polybenzazole and polybenzthiazole dissolve in cresol. The acid is preferably non-oxidizing. As the solvent, polyphosphoric acid, methanesulfonic acid, sulfonic acid, or a mixture thereof is preferred. Further, polyphosphoric acid and / or methanesulfonic acid are preferable, and polyphosphoric acid is more preferable. The dope needs to have a concentration sufficient for coagulation to form a solid, but if the concentration is too high, it becomes difficult to control the viscosity of the dope. When the polymer is a rigid or similar rigid straight chain, the polymer concentration in the dope is set to a concentration sufficient for a liquid crystalline dope. The polymer concentration is preferably at least 7% by weight, more preferably at least 10% by weight, further preferably at least 14% by weight. The maximum concentration is constrained by various conditions, such as polymer solubility and dope viscosity described above. Depending on these conditions, the polymer concentration may rarely be 30% by weight or more, but is usually 20% by weight or less.

【0019】Wolfeらの米国特許4533693
(8月6日,1985)やSybertらの米国特許4
772678(9月20日,1988)やHarris
の米国特許4847350(7月11日,1898)や
Gregoryの米国特許5089591(2月18
日,1992)やLedbetterらの「An iI
ntegrated Laboratory Proc
ess for Preparing Rigid R
od Fibers from the Monom
e」The Material Science an
d Engineering of Rigid−Ro
d Polymersの254−64(Matrial
s Res.Soc.,1989)に記載された方法で
ポリマーは合成することができる。要約すると好適なモ
ノマー(AA−モノマーとBB−モノマーまたはAB−
モノマー)は非酸化性の溶液の中で反応し、非酸化性の
雰囲気下にはげしく撹拌しながら高いせん断を与えて、
温度を120℃以下から少なくとも190℃まで段階的
にもしくは勾配をつけて昇温し、脱水反応を進める。A
Aモノマーの好適な例にはテレフタル酸あるいは類似物
が含まれる。BBモノマーの好適な例には4,6−ジア
ミノレゾルシノール、2,5−ジアミノハイドロキノ
ン、2,5−ジアミノ−1,4−ジチオベンゼンやその
類似物が含まれる。これらは典型的には塩酸塩として用
いられる。ABモノマーの好適な例としては3−アミノ
−4−ヒドロキシベンゾエ酸、3−ヒドロキシ−4−ア
ミノベンゾエ酸、3−アミノ−4−チオベンゾエ酸、3
−チオ−4−アミノベンゾエ酸や類似物が含まれ、これ
らは通常塩酸塩として用いられる。化学式2のポリマー
は好ましくは少なくとも85%のテレフタル酸および/
またはその機能的誘導物と15%未満の異なる二官能の
酸を含む。更に好ましくは10%未満の異なる二官能の
酸を含む。式2のポリマーは好ましくは少なくとも85
%の4,6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオールジハ
イドロクロライドを含み、15モル%未満の2,5−ジ
アミノ1,4−ベンゼンジオールジハイドロクロライド
を含む。更に好ましくは10モル%未満の2,5−ジア
ミノ1,4−ベンゼンジオールジハイドロクロライドを
含む。
Wolfe et al., US Pat. No. 4,533,693.
(August 6, 1985) and US Pat.
772678 (September 20, 1988) and Harris
U.S. Pat. No. 4,847,350 (July 11, 1898) and Gregory U.S. Pat.
H., 1992) and Ledbetter et al.
integrated Laboratories Proc
ess for Preparing Rigid R
od Fibers from the Monom
e "The Material Science an
d Engineering of Rigid-Ro
d Polymers 254-64 (Matrial
s Res. Soc. , 1989) can be synthesized. In summary, suitable monomers (AA-monomer and BB-monomer or AB-monomer)
Monomer) reacts in a non-oxidizing solution, giving high shear with vigorous stirring under a non-oxidizing atmosphere,
The temperature is raised stepwise or at a gradient from 120 ° C. or lower to at least 190 ° C. to advance the dehydration reaction. A
Suitable examples of the A monomer include terephthalic acid or the like. Suitable examples of BB monomers include 4,6-diaminoresorcinol, 2,5-diaminohydroquinone, 2,5-diamino-1,4-dithiobenzene and the like. These are typically used as hydrochlorides. Preferred examples of the AB monomer include 3-amino-4-hydroxybenzoic acid, 3-hydroxy-4-aminobenzoic acid, 3-amino-4-thiobenzoic acid,
-Thio-4-aminobenzoic acid and the like, which are commonly used as hydrochlorides. The polymer of Formula 2 is preferably at least 85% terephthalic acid and / or
Or less than 15% of a different difunctional acid from its functional derivative. More preferably it contains less than 10% of different bifunctional acids. The polymer of formula 2 is preferably at least 85
% Of 4,6-diamino-1,3-benzenediol dihydrochloride and less than 15 mol% of 2,5-diamino-1,4-benzenediol dihydrochloride. More preferably, it contains less than 10 mol% of 2,5-diamino-1,4-benzenediol dihydrochloride.

【0020】PBZドープの調整 PBZドープはPBZポリマーと溶媒からなる溶液であ
る。ポリベンザゾールポリマーはメタンスルホン酸やポ
リリン酸のような大変強いプロトン酸にしか溶解しな
い。好ましい溶媒はポリリン酸(PPA)である。PB
Oのポリリン酸に対する濃度は約14%である。PBO
/PPAドープのPBOの極限粘度(0.05g/dL
の濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃で測定)は22
から45dL/gであればよい。
Adjustment of PBZ dope PBZ dope is a solution comprising a PBZ polymer and a solvent. Polybenzazole polymers are only soluble in very strong protic acids such as methanesulfonic acid and polyphosphoric acid. The preferred solvent is polyphosphoric acid (PPA). PB
The concentration of O to polyphosphoric acid is about 14%. PBO
/ PPA doped PBO intrinsic viscosity (0.05g / dL
(Measured at 25 ° C. with a methanesulfonic acid solution having a concentration of
To 45 dL / g.

【0021】ポリベンザゾール繊維の作成 ポリベンザゾール繊維は好ましくはいわゆる重合と紡糸
が連続したプロセスで作られる。すなわち重合されたド
ープは重合釜からいったん取り出されることなく紡糸口
金を有する直接紡糸へと送られる。もちろん重合釜から
取り出したのち別途乾湿式紡糸してもよい。乾湿式紡糸
においてドープは紡糸口金から押し出される。紡糸口金
の細孔の配置は円形配列でも格子配列でもよい。細孔の
配列は押し出されたドープがお互いに融着しないように
選ばれなければならない。紡糸口金の細孔の数は制限は
無い。口金から押し出された全ての紡出糸の温度を均一
にするのが重要である。なぜならヤーン内の個々のフィ
ラメントの温度の違いは直ちにフィラメントの張力の差
に反映されるからである。
Preparation of Polybenzazole Fiber Polybenzazole fiber is preferably made by a so-called continuous polymerization and spinning process. That is, the polymerized dope is sent to the direct spinning having a spinneret without being removed from the polymerization kettle once. Of course, after taking out from the polymerization kettle, dry-wet spinning may be separately performed. In dry-wet spinning, the dope is extruded from a spinneret. The arrangement of the pores of the spinneret may be a circular arrangement or a lattice arrangement. The arrangement of the pores must be chosen so that the extruded dopes do not fuse together. The number of pores in the spinneret is not limited. It is important to keep the temperature of all spun yarns extruded from the die uniform. This is because differences in the temperature of the individual filaments in the yarn are immediately reflected in differences in the tension of the filaments.

【0022】紡出された後押し出されたドープ繊維は凝
固浴に漬けられポリベンザゾールポリマーから溶媒が分
離される。紡糸口金と凝固浴の間にエアギャップが存在
する。エアギャップ中の気体は空気が普通である。しか
し窒素でも、炭酸ガスでもヘリウムやアルゴンでも良
い。エアギャップの好ましい温度は0℃から100℃の
間が好ましい。さらに好ましくは50℃から100℃で
ある。エアギャップを通過した後、押出されたドープ繊
維はポリベンザゾールポリマーから脱溶媒するための凝
固浴へ漬けられる。
After the spinning, the extruded dope fibers are immersed in a coagulation bath to separate the solvent from the polybenzazole polymer. An air gap exists between the spinneret and the coagulation bath. The gas in the air gap is usually air. However, nitrogen, carbon dioxide, helium or argon may be used. The preferred temperature of the air gap is between 0 ° C and 100 ° C. More preferably, the temperature is from 50 ° C to 100 ° C. After passing through the air gap, the extruded dope fibers are immersed in a coagulation bath to remove the solvent from the polybenzazole polymer.

【0023】凝固は浴槽であるいはスプレーで行われ
る。凝固浴の場合は紡糸口金の下方に設置する。凝固浴
中で99.0%以上の溶媒が抽出される。さらに好まし
くは99.5%以上抽出される。使用されるどのような
凝固浴/スプレイも水または水/酸の混合液を含む。好
ましい酸はリン酸で30%以下の濃度が好ましい。その
他の凝固媒体としてはアセトンやメタノールやアセトア
ニリドといった有機溶媒も含まれる。どのような凝固浴
システムでも使用可能で、例えば一般的なローラーを浴
中に有する固化浴、または特開昭51−35716号公
報や特公昭44−22204号公報に記載されたフアン
ネル状の凝固浴もしくは米国特許4298565に記載
された高速アスピレータタイプの凝固浴もしくは米国特
許4869860号公報に記載された滝状の凝固浴など
である。
The coagulation is performed in a bath or by spraying. In the case of a coagulation bath, it is installed below the spinneret. More than 99.0% of the solvent is extracted in the coagulation bath. More preferably, 99.5% or more is extracted. Any coagulation bath / spray used includes water or a water / acid mixture. A preferred acid is phosphoric acid at a concentration of 30% or less. Other coagulating media also include organic solvents such as acetone, methanol and acetanilide. Any coagulation bath system can be used, for example, a solidification bath having a general roller in the bath, or a funnel-shaped coagulation bath described in JP-A-51-35716 and JP-B-44-22204. Alternatively, a high-speed aspirator-type coagulation bath described in U.S. Pat. No. 4,298,565 or a waterfall-shaped coagulation bath described in U.S. Pat. No. 4,869,860.

【0024】凝固した繊維の溶液濃度は繊維の水洗によ
り更に低下する。いかなる水洗浴槽あるいはスプレーと
して水または希薄な水/酸の混合液とくに好ましい酸と
しては5%以下のリン酸水溶液が使用できる。他の水洗
媒体としてはアセトンやメタノールやアセトアニリドと
いった有機溶媒も含まれる。凝固・水洗を経て繊維は乾
燥され、ロールに巻取られる。こうして得られた繊維は
紡出糸として既に充分な強度と弾性率を有するが、さら
に熱処理を施すことによりポリベンザゾール繊維は弾性
率を飛躍的に向上させることができる。熱処理は別途あ
るいは連続で行うことができる。高速で高温の気体例え
ば水蒸気、窒素もしくは他の不活性気体はポリベンザゾ
ール紡出糸の弾性率を向上させる目的で行う熱処理の加
熱媒体として用いることができる。加熱媒体としての気
体の速度は10m/秒より大きいことが望ましい。なぜ
なら繊維と加熱気体との間の熱交換は数式1で説明され
るようにその速度差によって決定されるからである。
The solution concentration of the coagulated fibers is further reduced by washing the fibers with water. Water or a dilute water / acid mixture, especially 5% or less, aqueous phosphoric acid can be used as any water bath or spray. Other washing media also include organic solvents such as acetone, methanol and acetanilide. After coagulation and washing, the fiber is dried and wound up in a roll. The fiber thus obtained already has sufficient strength and elastic modulus as a spun yarn, but the polybenzazole fiber can dramatically improve the elastic modulus by further heat treatment. The heat treatment can be performed separately or continuously. A high-speed, high-temperature gas, such as water vapor, nitrogen or other inert gas, can be used as a heating medium for the heat treatment performed for the purpose of improving the elastic modulus of the polybenzazole spun yarn. The velocity of the gas as the heating medium is desirably greater than 10 m / sec. This is because the heat exchange between the fiber and the heated gas is determined by its speed difference as described by equation 1.

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】ここにLはヒーターの長さもしくは熱処理
ゾーン、uは繊維と加熱気体の速度差、tは滞留時間、
Tsは加熱気体の温度、Tfは熱処理前の糸温度であ
る。熱処理媒体と糸条の熱交換を効率よくするために重
要なことは、熱処理用の気体は繊維に対し向流もしくは
対向流として熱処理機中を流す必要があるという事であ
る。熱交換の効率は糸条と加熱用の気体の速度差が重要
である。もちろん対向流は向流より速度差が大きい事は
言うまでもない。また熱処理機の中央に加熱用の気体を
供給する事で熱処理機に同時に向流と対向流を存在させ
る事も可能である。熱処理ゾーンを通過する繊維の速度
は好ましくは少なくとも20m/分で、さらに好ましく
は少なくとも40m/分である。加熱気体の速度は好ま
しくは少なくとも5m/秒、更に好ましくは少なくとも
10m/秒である。繊維と加熱気体との速度差は好まし
くは少なくとも5m/秒さらに好ましくは10m/秒で
ある。糸条と繊維の速度差は好ましくは少なくとも5m
/秒、さらに好ましくは少なくとも10m/分である。
加熱気体の使用量はフローメータによりKg/時として
測定される。熱処理機が向流と対向流の双方を有する場
合気体の速度は次式で計算される。
Where L is the heater length or heat treatment zone, u is the velocity difference between the fiber and the heated gas, t is the residence time,
Ts is the temperature of the heated gas, and Tf is the yarn temperature before the heat treatment. What is important for efficient heat exchange between the heat treatment medium and the yarn is that the gas for heat treatment needs to flow through the heat treatment machine as countercurrent or countercurrent to the fiber. The efficiency of heat exchange depends on the speed difference between the yarn and the heating gas. It goes without saying that the counterflow has a larger velocity difference than the counterflow. Further, by supplying a gas for heating to the center of the heat treatment machine, it is possible to cause the heat treatment machine to have a countercurrent and a countercurrent at the same time. The speed of the fibers passing through the heat treatment zone is preferably at least 20 m / min, more preferably at least 40 m / min. The velocity of the heated gas is preferably at least 5 m / sec, more preferably at least 10 m / sec. The speed difference between the fiber and the heated gas is preferably at least 5 m / sec, more preferably 10 m / sec. The speed difference between the yarn and the fiber is preferably at least 5 m
/ S, more preferably at least 10 m / min.
The amount of the heated gas used is measured as Kg / hour by a flow meter. If the heat treatment machine has both countercurrent and countercurrent, the velocity of the gas is calculated by the following equation.

【0027】[0027]

【数2】 (Equation 2)

【0028】ここにvは気体の速度でm/秒、Qは気体
の使用量でKg/時、dは蒸気の密度、Sは熱処理機の
断面積である。繊維の加熱域での滞在時間は好ましくは
長くとも20秒、更に好適には長くとも5秒、最も好適
には長くとも3秒である。熱処理時の繊維に与える張力
は0.1から10g/dの間が望ましい。
Here, v is the gas velocity in m / sec, Q is the amount of gas used in Kg / h, d is the vapor density, and S is the cross-sectional area of the heat treatment machine. The residence time of the fibers in the heating zone is preferably at most 20 seconds, more preferably at most 5 seconds, and most preferably at most 3 seconds. The tension applied to the fibers during the heat treatment is preferably between 0.1 and 10 g / d.

【0029】高速で高温の水蒸気のような加熱気体の使
用により繊維の温度は瞬時に上昇するので、熱処理時の
負の熱処理効果を少なくすることができる。その結果本
発明の熱処理により従来法の温度(普通600℃)と従
来法の処理時間(普通10秒)を大幅に減ずることがで
きる。向流もしくは対向流の高速高温度の加熱気体の使
用により、熱処理に要する温度は400℃に下げること
ができ、熱処理に要する時間も3秒以下にすることがで
きる。本発明の方法による熱処理繊維の引っ張り弾性率
は好ましくは少なくとも220GPa(31.9ms
i)、さらに好ましくは少なくとも250GPa(3
6.3msi)である。
Since the temperature of the fiber is instantaneously increased by the use of a heating gas such as steam at high speed and high temperature, the negative heat treatment effect at the time of heat treatment can be reduced. As a result, the temperature of the conventional method (normally 600 ° C.) and the processing time of the conventional method (normally 10 seconds) can be greatly reduced by the heat treatment of the present invention. By using a counter-current or counter-current high-speed and high-temperature heating gas, the temperature required for the heat treatment can be reduced to 400 ° C., and the time required for the heat treatment can be reduced to 3 seconds or less. The tensile modulus of the heat treated fiber according to the method of the present invention is preferably at least 220 GPa (31.9 ms).
i), more preferably at least 250 GPa (3
6.3 msi).

【0030】[0030]

【実施例】以下の実施例により本発明の効果を示す。し
かしながら本発明は以下に示す実施例に限定されるもの
でないことは云うまでもない。 (実施例1)ポリベンズオキサゾールのポリリン酸重合
ドープ(約14重量%濃度)を金網フィルターを介して
二軸押し出し機に送り撹拌とガス抜きを行った。それか
ら直径0.20mmの直径の334個の細孔を有する紡
糸口金から150℃で押し出した。単孔当りの吐出量は
0.22g/分であった。押し出された糸条を紡糸口金
から20cm下方に設けられたファンネル型の凝固浴で
凝固した。紡糸口金と凝固浴の間の20cmの空間の雰
囲気は乾燥空気である。凝固された繊維は200m/分
の速度で巻取った。そして凝固された繊維は水洗され乾
燥された。乾燥された繊維は0.4重量%の水分率、1
100g/dの弾性率、35g/dの強度、3.8%の
切断伸度を示した。乾燥された繊維は表1、表2に示す
条件で熱処理された。表中SJはスチームジェット、滞
在時間は熱処理機中の滞在時間、GR1はフィードロー
ル、GR2は巻取りロールを意味する。熱処理に高速の
水蒸気を用いた場合、従来法では600℃が必要なのに
対し、370℃で充分熱処理効果がてている。さらに工
業化に有利なことは糸処理速度が従来法では20m/分
のところが200m/分以上に上げることができる。
EXAMPLES The effects of the present invention are shown by the following examples. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described below. (Example 1) A polyphosphoric acid polymerization dope of polybenzoxazole (at a concentration of about 14% by weight) was fed to a twin screw extruder through a wire mesh filter to perform stirring and degassing. It was then extruded at 150 ° C. from a spinneret with 334 pores of 0.20 mm diameter. The discharge rate per single hole was 0.22 g / min. The extruded yarn was coagulated in a funnel-type coagulation bath provided 20 cm below the spinneret. The atmosphere in the 20 cm space between the spinneret and the coagulation bath is dry air. The coagulated fiber was wound at a speed of 200 m / min. The coagulated fiber was washed with water and dried. The dried fiber has a moisture content of 0.4% by weight, 1
It exhibited an elastic modulus of 100 g / d, a strength of 35 g / d and a breaking elongation of 3.8%. The dried fiber was heat-treated under the conditions shown in Tables 1 and 2. In the table, SJ denotes a steam jet, stay time denotes a stay time in the heat treatment machine, GR1 denotes a feed roll, and GR2 denotes a winding roll. When high-speed steam is used for the heat treatment, the conventional method requires a temperature of 600 ° C., whereas a heat treatment effect of 370 ° C. is sufficient. What is more advantageous for industrialization is that the yarn processing speed can be increased to 200 m / min or more from 20 m / min in the conventional method.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】本発明で用いた物性の測定法は次の通りで
ある。 極限粘度 ポリベンズビスオキサゾールの極限粘度はメタンスルホ
ン酸溶液で30℃で測定した還元粘度のゼロ外挿法にに
より求めた。
The methods for measuring physical properties used in the present invention are as follows. Intrinsic Viscosity The intrinsic viscosity of polybenzbisoxazole was determined by a zero extrapolation method of the reduced viscosity measured at 30 ° C. in a methanesulfonic acid solution.

【0034】繊度の測定 繊維試料を22℃でRH65±2%の条件下に16時間
コンデションした後測定した単糸繊度はサーチ社のデニ
ールコンピュータDC−I 1Bを用いて測定した。ヤ
ーン繊度はJISL−1013(1981)に従ってラ
ップリール法で測定した。
Measurement of fineness The fiber yarn sample was conditioned at 22 ° C. under the conditions of RH 65 ± 2% for 16 hours, and the single yarn fineness measured was measured using a denier computer DC-I1B manufactured by Search. The yarn fineness was measured by a wrap reel method according to JISL-1013 (1981).

【0035】引っ張り試験 単繊維およびヤーンの引っ張り試験はJIS L−10
13(1981)に従って実施した。
Tensile test The tensile test of a single fiber or a yarn was conducted according to JIS L-10.
13 (1981).

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 張力下にポリベンザゾール繊維を加熱媒
体としての気体に接触させて熱処理する方法において、
上記気体が水蒸気であることを特徴とするポリベンザゾ
ール繊維の熱処理方法。
1. A method for heat treating a polybenzazole fiber by contacting the fiber with a gas as a heating medium under tension.
A method for heat treating polybenzazole fiber, wherein the gas is water vapor.
【請求項2】 加熱媒体としての気体が熱処理器中を向
流もしくは対向流として流れ、速度が少なくとも5m/
秒である請求項1記載のポリベンザゾール繊維の熱処理
方法。
2. A gas as a heating medium flows in a counter-current or a counter-current in a heat treatment apparatus, and has a velocity of at least 5 m /
The method for heat treating polybenzazole fiber according to claim 1, wherein the time is seconds.
【請求項3】 熱処理時間が3秒以内であることを特徴
とする請求項1記載のポリベンザゾール繊維の熱処理方
法。
3. The method for heat treating polybenzazole fiber according to claim 1, wherein the heat treatment time is 3 seconds or less.
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