JP3138337B2 - 高強度かつ高弾性率繊維の製造法 - Google Patents

高強度かつ高弾性率繊維の製造法

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JP3138337B2 JP04223195A JP22319592A JP3138337B2 JP 3138337 B2 JP3138337 B2 JP 3138337B2 JP 04223195 A JP04223195 A JP 04223195A JP 22319592 A JP22319592 A JP 22319592A JP 3138337 B2 JP3138337 B2 JP 3138337B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度高弾性率を有す
る溶融異方性芳香族ポリエステル複合繊維の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】溶融加工容易な溶融異方性芳香族ポリエ
ステルを融点以上の温度で紡糸口金より押出すことによ
り配向度の高い繊維が得られ、更に熱処理により繊維フ
ィラメントの強度および弾性率を向上させることが可能
であることは特開昭54−77691号公報、特公平6
1−174408号公報、特開昭62−69821号公
報等で公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように異方性溶融
相を形成するポリマーから得られる繊維(液晶性材料)
は、高強度と高弾性率を示し、耐熱性、耐薬品性等にも
優れた性能を有することから近年工業的にも非常に注目
を浴びている。しかし、高強度高弾性率繊維を得るため
に、無緊張状態でボビンを巻いたり、ネット上で熱処理
する方法が採用されているが、不活性ガス、真空中また
は不活性ガスと活性ガスとを組み合わせたガス中で高温
かつ長時間の熱処理を必要とするため、ガス原料費およ
びユーテリテイーによるコスト・アップが著しく大き
く、工業的生産上大きな障害となっている。合理化対策
として、異方性溶融相を形成するポリマーからなる繊維
の熱処理を最初から融点直下あるいは融点近辺の高温で
実施すると、確かに徐々に昇温する場合に比べ短時間で
繊維強度を増加させることができるが、繊維間の膠着が
激しくなり、目的とする高強度高弾性率繊維を得ること
ができなかった。本発明者らは、上述した高強度高弾性
率を保持させたまま、膠着のない繊維を合理的に得るた
めに鋭意研究を進めた結果本発明を見出したものであ
る。
【0004】本発明は、芯成分が異方性溶融相を形成し
得る芳香族ポリエステル(以下 P1と略す)、鞘成分
がP1の融点(Tm)より高い融点を有する異方性溶融
相を形成し得る芳香族ポリエステル(以下 P2と略
す)からなる芯鞘型複合繊維を、P1のTm以上の温度
で熱処理することを特徴とする高強度かつ高弾性率繊維
の製造法である。
【0005】P1成分は異方性溶融相を形成し得る芳香
族ポリエステルであり、P2成分としては用いる芯成分
よりTmが高くかつ異方性溶融相を形成し得る芳香族ポ
リエステルであり、このようにP1−P2成分が同種類
のポリマーの場合、優れた相溶性が期待でき、芯鞘界面
の剥離も抑制できる。
【0006】またP2成分が異方性溶融相を形成し得る
芳香族ポリエステルであれば、熱処理(固相重合)の段
階で強度、弾性率等の力学的性質が改善される効果は顕
著である。芯成分に異方性溶融相を形成し得る芳香族ポ
リエステルを用いる関係上、後工程で5%(1.05
倍)以上の延伸をすることができない該複合繊維では熱
処理によって性能改善が期待されるため有利である。
【0007】本発明に用いられる異方性溶融相を形成し
得る芳香族ポリエステル(P1とP2を含めてTLCP
と称す)としては、例えば、芳香族ジオール、芳香族ジ
カルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸等より得られ
るポリマーであり、好適には化1に示す反復構成単位の
組み合わせからなるポリマーが挙げられる。
【0008】
【化1】
【0009】成分中には、その強力が実質的に低下しな
い範囲で、他のポリマーあるいは添加剤(顔料、カーボ
ン、熱安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、蛍光増白剤等)を
含んでいても良い。芯成分として好ましくは、化2に示
す(A)、(B)の反復構成単位から成る部分が80モ
ル%以上であるポリマーであり、特に(A)と(B)の
合計量に対する(B)の成分が3〜45モル%である芳
香族ポリエステルが好ましい。
【0010】
【化2】
【0011】本発明の特徴の一つは、鞘成分P2のTm
が芯成分P1のTmより高いことにある。ここで言うT
mは、紡糸前の各ポリマーの融点を意味している。P1
とP2のTm差は好ましくは10℃以上、さらに好まし
くは25℃以上である。Tm差が10℃未満では熱処理
における微妙な処理温度のずれにより膠着を生じ、本発
明の主旨からはずれる場合がある。具体的な芯鞘成分の
好適な組み合わせ例を化3に示す。
【0012】
【化3】
【0013】本発明に言うTmの測定法を以下に述べ
る。DSC(例えばMettler社製TA3000)
装置にサンプルを10〜20mgとり、アルミ製パンへ
封入した後、窒素を50cc/min流し、昇温速度2
0℃/minで測定し、吸熱ピークの頂点を示す温度で
表される。ポリマーの種類によっては、1st−run
で明確な吸熱ピークが現れない場合もある。しかる場合
は、50℃/minの昇温速度で、予想される吸熱ピー
ク温度により50℃以上高い温度で3分程度加熱して完
全に溶融した後80℃/minで50℃まで冷却し、し
かる後20℃/minの昇温速度で測定すると良い。本
発明に言う複合繊維の好ましい複合比率は、芯成分の断
面積をA、鞘成分の断面積をBとするとき、B/(A+
B)=0.05〜0.6の範囲である。
【0014】面積は、繊維横断面の顕微鏡写真から求め
た芯、鞘部の面積から求める。ここで面積比が0.05
未満では鞘成分による被覆が十分でなく、一部芯成分が
露出したり、摩擦、摩耗により容易に鞘成分が剥がれた
りする場合があり、逆に0.6を越えると芯成分の比率
が減少し、芯成分の強度増加率の寄与が小さくなり、結
果として目的とする強度が得られず本発明の主旨からは
ずれる場合がある。
【0015】本発明の芯鞘成分からなる複合繊維は、公
知の方法、例えば図1に示される構造のノズルを用いて
得られる。得られる繊維の断面形状としては、例えば図
2のものが含まれる。なお図中、斜線部Aが芯成分P
1、非斜線部Bが鞘成分P2である。これらの図に示す
ように芯は一芯でも多芯でもよく、また一芯の場合、同
心芯鞘であっても偏心芯鞘であってもよい。さらに芯鞘
の芯成分の形状は円形でも異形でもよく、また繊維全体
の断面形状も円形でも異形でもよい。
【0016】なお、紡糸温度は鞘成分の融点より10℃
以上高い温度で行うことが好ましい。芯鞘両成分のTL
CPを紡糸する際には、目的とする単繊維径によっても
異なるが、高配向度を得るため吐出時の剪断速度(γ)
を103sec-1以上にするノズル径を用いることが好
ましい。より好ましくは104sec-1以上である。単
繊維は1〜200デニールが好ましく、紡糸巻取速度は
300〜6000m/minが好適である。本発明に言
う剪断速度(γ)とは、ノズル断面積に相当する円の径
をr(cm)、単孔当たりのポリマー吐出量をQ(cm
3/sec)とするとき γ=4Q/πr3(sec-1) で計算される。
【0017】本発明の複合繊維は、紡糸しただけで既に
十分な強度、弾性率を有しているが、引続き以下に述べ
る熱処理により性能をさらに向上させる必要がある。本
発明に言う熱処理は、目的により緊張下あるいは無緊張
下どちらで行ってもよい。また形状は、カセ状やチーズ
状、トウ状(金網にのせて処理する)のいずれであって
もよく、またこれらとは別にローラ間で行なう方法でも
良い。
【0018】好ましい熱処理温度条件としては、鞘成分
P2のTm未満でかつP1のTm以上で行うことを第2
の特徴としている。熱の供給方法としては、気体等の媒
体を用いて行なう方法、加熱板、赤外ヒーター等による
輻射を利用する方法、熱ローラー、プレート等に接触し
て行う方法、高周波等を利用した内部加熱方法等があ
る。加熱媒体として用いる気体としては、窒素等の不活
性ガス、あるいは窒素と酸素、炭酸ガス等の混合気体及
び空気等が挙げられる。熱処理雰囲気は露点が−20℃
以下、特に−40℃以下の気体が良い。
【0019】本発明者らの検討によると、かかる複合繊
維は熱処理時間の短縮という合理化をもたらすだけでな
く、繊維の疲労性を改善させる効果があることがわかっ
た。これは熱処理初期の急激な加熱により、芯成分P1
が応力緩和するためと考えられる。本発明繊維を用いた
産業上の利用例としては次の様なものが挙げられる。
【0020】1.樹脂補強用(カーボン、ガラス繊維等
との複合化)に使用されるもの スキー板、ゴルフクラブ、ホッケー、ゲートボールのヘ
ッド及びシャフト、テニス、バトミントン、スカッシュ
等のラケットフレーム、ヘルメット、バット、メガネフ
レーム、プリント基盤、モーター回転子のスロット、絶
縁物、パイプ、高圧容器、二輪車、自動二輪車、自動
車、列車、リニアモーターカー、船、ヘリコプター、飛
行機、宇宙船等の一次あるいは二次構造体、壁板、柱
等、住宅用建材 2.ゴム補強用に使用されるもの タイヤ、コンベヤベルト、動力伝達用ベルト、各種タイ
ミングベルト、ホース等のゴム補強用資材 3.パルプ状で使用されるもの 1)摩耗材(他繊維との混合使用、樹脂の補強) ブレーキライニング、クラッチフェーシング、軸受け 2)その他 パッキン材、ガスケット、濾過材、研磨材 4.カットファイバー、チョップドヤーン状で使用され
るもの 紙(絶縁紙、耐熱紙)、スピーカー用振動材、セメント
補強材、樹脂補強材 5.フィラメント、紡績糸ヤーン状で使用されるもの コントロールケーブル、ヒーター線芯糸、テンションメ
ンバー(光ファイバー、電線、ヘッドホーンコード
等)、ロープ、コード、ザイル、命綱、釣糸、漁網、延
網 6.織物あるいは編物状で使用されるもの スクリーン紗、コンベアベルト、ヨットセール、テン
ト、膜類、防弾チョッキ、安全手袋、安全ネット、耐熱
耐炎服、前掛け等保護具、ゴム補強用基布、自動車、列
車、リニアモーターカー、船、飛行機、宇宙船等の内張
が挙げられる。
【0021】以下、実施例により本発明をより具体的に
説明するが、本発明は、これにより限定されるものでは
ない。
【実施例】本実施例、比較例に記載されている対数粘度
の測定及び膠着の評価は以下のようにして行った。 対数粘度の測定 試料をペンタフルオロフェノールに0.1重量%溶解し
(60〜80℃)、60℃の恒温槽中で、ウベローデ型
粘度計で相対粘度(ηrel)を測定し、次式によって
計算した。 ηinh=ln(ηrel)/c ここで、cはポリマー濃度(g/dl)である。 膠着の評価 熱処理糸を巻き替える時、ヤーン同志で一部以上融着し
ているものを×、ヤーンには融着が見られないがフィラ
メント同志で融着しているものを△、フィラメント同志
でも融着が見られないものを〇とした。 疲労性の評価 約1500デニール(250デニール×6本)のヤーン
を、下撚280t/m、上撚280t/mの双糸とした
コードをつくり、ゴム中に包埋して行うベルト屈曲テス
ト法で10万回処理した後の強力保持率(%)で判定し
た。
【0022】実施例1 芯成分P1として、前記化2で示した構成単位(A)と
(B)が70/30モル%であり、鞘成分P2として化
4で示されるポリマー構成比[A]、[B]、[C]、
[D]が60/5/17.5/17.5モル%を用い
た。
【0023】
【化4】
【0024】このポリマーの性質は、 TLCP1・・・・・・ Tm : 278℃ ηinh : 5.90dl/g TLCP2・・・・・・ Tm : 350℃ ηinh : 6.52dl/g であった。芯成分P1と鞘成分P2の重量比3:1で図
1に示す50ホールの口金より温度365℃で複合紡糸
した。ノズル径は、0.25mmφで、巻取速度800
m/分で250デニール/50フィラメントの繊維を得
た。得られた繊維の断面形状は図2の左上欄に示すよう
なものであった。γ=2.9×104sec-1であり、
得られた繊維性能は 強度(DT) : 10.2g/d 伸度(DE) : 2.0% 弾性率(YM) : 588g/d 断面比 : 0.25 であった。引続き、窒素雰囲気下、最初から280℃で
2.5時間熱処理をした。得られた熱処理糸の力学性能
の結果を表1に示す。
【0025】実施例2 芯成分P1として、前記化2で示した構成単位(A)と
(B)が70/30モル%であり、鞘成分P2として化
5で示されるポリマー構成比[A]、[B]、[C]、
[D]が60/20/15/5モル%を用いた。
【0026】
【化5】
【0027】このポリマーの性質は、 TLCP1・・・・・・ Tm : 278℃ ηinh : 5.90dl/g TLCP2・・・・・・ Tm : 345℃ ηinh : 3.15dl/g であった。芯成分P1と鞘成分P2の重量比3:1でノ
ズル温度を370℃とした以外実施例1と同様に複合紡
糸した。得られた繊維性能は 強度(DT) : 9.8g/d 伸度(DE) : 1.9% 弾性率(YM) : 575g/d 断面比 : 0.25 であった。引続き、窒素雰囲気下、最初から280℃で
2.5時間熱処理をした。得られた熱処理糸の力学性能
の結果を表1に示す。
【0028】比較例1 実施例1の紡糸原糸を用い、窒素雰囲気下、最初から2
60℃で2.5時間熱処理をした。得られた熱処理糸の
力学性能、膠着及び疲労性の評価結果を表1に示す。
【0029】比較例2 実施例1と同一のポリマーを用い、芯成分P1と鞘成分
P2の重量比を35/65とした以外は実施例1と同様
に複合紡糸した。得られた繊維性能は 強度(DT) : 9.9g/d 伸度(DE) : 2.0% 弾性率(YM) : 580g/d 断面比 : 0.65 であった。引続き、窒素雰囲気下、最初から280℃で
2.5時間熱処理をした。得られた熱処理糸の力学性能
の結果を表1に示す。
【0030】比較例3 芯成分P1単独(鞘成分P2の重量ゼロ)でノズル温度
320℃で紡糸した。他の紡糸条件は実施例1と同じに
し、紡糸後引続き、窒素雰囲気下、最初から280℃で
2.5時間熱処理をした。得られた熱処理糸の力学性能
を表1に示す。
【0031】比較例4 比較例3と同様に芯成分P1単独(鞘成分P2の重量ゼ
ロ)でノズル温度320℃で紡糸した。他の紡糸条件は
実施例1と同じにし、紡糸後引続き、窒素雰囲気下、膠
着しないようにするため250℃で2.5時間、280
℃で2.5時間合計5時間熱処理をした。得られた熱処
理糸の力学性能の結果を表1に示す。
【0032】
【表1】
【0033】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合繊維製造に用いられる紡糸装置の
一例の模式図である。
【図2】本発明の代表的な複合繊維の断面図である。
【符号の説明】
A:芯成分ポリマー B:鞘成分ポリマー

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 芯成分が異方性溶融相を形成し得る芳香
    族ポリエステル(以下 P1と略す)、鞘成分がP1の
    融点(Tm)より高い融点を有する異方性溶融相を形成
    し得る芳香族ポリエステル(以下 P2と略す)からな
    る芯鞘型複合繊維を、P1のTm以上の温度で熱処理す
    ることを特徴とする高強度かつ高弾性率繊維の製造法。
JP04223195A 1992-07-29 1992-07-29 高強度かつ高弾性率繊維の製造法 Expired - Lifetime JP3138337B2 (ja)

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