JP3367080B2 - High tensile strength aramid - Google Patents

High tensile strength aramid

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JP3367080B2 JP80000193A JP80000193A JP3367080B2 JP 3367080 B2 JP3367080 B2 JP 3367080B2 JP 80000193 A JP80000193 A JP 80000193A JP 80000193 A JP80000193 A JP 80000193A JP 3367080 B2 JP3367080 B2 JP 3367080B2
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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】繊維及び薄膜が延伸可能であっ
て、延伸後には極めて高い引張強さ、引張伸び及び引張
弾性率の組み合わせを有するアラミド重合体を提供す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention provides an aramid polymer in which fibers and thin films can be drawn and, after drawing, has a combination of extremely high tensile strength, tensile elongation and tensile elastic modulus.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】繊維の
高い引張強さ及び引張弾性率の本質は、適当な高分子量
を有し、繊維軸に関して十分に延伸された「棒状」立体
配座と優れた平行「配向」を備える、高分子材料の能力
であることは当業界では周知である。相当にかたい鎖の
パラ−アラミド、典型的にはポリ(p−フェニレンテレ
フタラミド)(PPD−T)、を用いる場合は、前駆体液
晶紡糸液の良好な配向能力によって、紡糸液を凝固前に
紡糸口金から押出すと優れた配向が得られる。このよう
にして形成された繊維は、結晶過程で実施される緊張下
熱処理によって弾性率、及び時には、僅かながら、靭性
が向上するものの、重要な延伸配向の能力を欠く。高い
引張強さと引張弾性率とを有する配向アラミド繊維を得
る別の方法は、適当な半可撓性合成物を選択することに
よって、整然とした液晶溶液をつくることはできない
が、当初はアモルファスである紡糸したまま(as−spu
n)の繊維を高温で十分に延伸して、鎖を好ましい配列
にする方法がある。これらは、典型的には、伸長状態で
非結晶性(non−crystalline)となるランダム共重合体
である。対応する二塩基酸、3,4′−オキシジ安息香酸
(3,4′−ODB)をベースとしたランダム共重合体が概括
的に、例えば、或る種の引用された単量体の組み合わせ
(日本国特許出願第78−143726号)に関する多数の可能
性のうちの一部として、或いは一般化された公式的な叙
述(H.ササキ等の米国特許第4,507,467号)に含めて、
開示されていた。このような延伸可能な共重合体は、先
に述べたように繊維の強さを最大限にするための主要な
必須条件である配向を強化するという本質的な結晶の能
力を一般に有していない。本明細書では、3,4′−オキ
シジ安息香酸及び選ばれた置換ビ安息香酸をベースとす
る共重合体、及びp−フェニレンジアミンであって、引
張強さ及び引張弾性率の大幅な向上を得るために十分に
延伸でき、かつ非常に高いレベルの配向をもつ本質的な
結晶であるものを開示する。二塩基酸単位が同形的に組
み入れられるのみならず、特異な共重合体回折によって
示されることの両方に関して、この結晶領域は新規であ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION The essence of high tensile strength and tensile modulus of a fiber is that it has a suitable high molecular weight and a well-drawn "rod-like" conformation about the fiber axis. It is well known in the art that it is the ability of polymeric materials to have good parallel "orientation". When using a fairly hard chain para-aramid, typically poly (p-phenylene terephthalamide) (PPD-T), the spinning liquid coagulates due to the good alignment ability of the precursor liquid crystal spinning liquid. Excellent orientation is obtained if extruded from the spinneret before. The fibers thus formed have improved elastic modulus and sometimes toughness, albeit slightly, by heat treatment under tension carried out in the crystallization process, but lack the important stretch orientation capability. Another way to obtain oriented aramid fibers with high tensile strength and tensile modulus is that it is initially amorphous, although it is not possible to make a neat liquid crystal solution by choosing the appropriate semi-flexible composite. As-spun (as-spu
There is a method in which the fiber of n) is sufficiently drawn at a high temperature to arrange the chains in a preferable arrangement. These are typically random copolymers that are non-crystalline in the stretched state. Random copolymers based on the corresponding dibasic acid, 3,4'-oxydibenzoic acid (3,4'-ODB) are generally described, for example, in combination of certain cited monomers ( As part of a number of possibilities for Japanese patent application 78-143726) or in a generalized official statement (H. Sasaki et al. U.S. Pat. No. 4,507,467),
It was disclosed. Such stretchable copolymers generally have the essential crystalline ability to enhance orientation, which is a major prerequisite for maximizing fiber strength, as described above. Absent. Copolymers based on 3,4'-oxydibenzoic acid and selected substituted bibenzoic acids, and p-phenylenediamine, herein described, which provide significant improvements in tensile strength and tensile modulus. Disclosed are essentially crystalline that can be sufficiently stretched to obtain and have a very high level of orientation. This crystalline region is novel both in that the dibasic acid units are incorporated isomorphously, but also as shown by the unique copolymer diffraction.

【0003】エッチ・ダブリュー・シュミット(H.W.Sc
hmidt)とディ・グウォー(D.Gou)は、Makromol.Chem.
第189巻(1988年)、2029−2037ページで、芳香族ポリ
エステルにおける2,2′−ジメチル−4,4′−ビ安息香酸
の単位の有用性を報告している。
HW Schmitt (HWSc
hmidt) and D. Gou, Makromol. Chem.
Volume 189 (1988), pp. 2029-2037, reports the utility of units of 2,2'-dimethyl-4,4'-bibenzoic acid in aromatic polyesters.

【0004】米国特許第4,384,107号及び第4,461,886号
は、スチルビニル(stilbinyle)及び/又はビフェニリ
ル単位をもつアラミドを開示している。可能なビフェニ
リル型単位のなかには、2,2′ジ置換−4,4′−ビ安息香
酸から誘導されるものが含まれ、特記された置換基には
塩素、臭素、ニトロ基及びメチル基がある。ランダム共
重合体について本明細書で請求する他の単位の有用性に
関する記述は存在しない。
US Pat. Nos. 4,384,107 and 4,461,886 disclose aramids having stilbinyle and / or biphenylyl units. Among the possible biphenylyl-type units are those derived from 2,2'-disubstituted-4,4'-bibenzoic acid, with the noted substituents including chlorine, bromine, nitro and methyl groups. . There is no mention of the utility of the other units claimed herein for random copolymers.

【0005】米国特許第4,843,141号は、2,2′−ジ置換
−4.4′−ビ安息香酸、芳香族アミノフェノール、及び
随意にはテトラフタル酸のような芳香族二塩基酸、及び
これも随意であるが芳香族ヒドロキシ酸又はアミノ酸か
ら誘導された単位をもつポリエステルアラミドを開示し
ている。特記された置換基には、塩素、臭素、ニトロ基
及びメチル基がある。ポリエステルアラミドに対立する
ものとして、アラミドにおけるこれらのビ安息香酸の有
用性に関する記述は存在しない。
US Pat. No. 4,843,141 discloses 2,2'-disubstituted-4.4'-bibenzoic acid, aromatic aminophenols, and optionally aromatic dibasic acids such as tetraphthalic acid, and also optionally. Disclosed are polyester aramids having units derived from aromatic hydroxy acids or amino acids. Substituents noted include chlorine, bromine, nitro groups and methyl groups. As opposed to polyester aramids, there is no description of the utility of these bibenzoic acids in aramids.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】p−フェニレンジアミン
(PPD)とテレフタル酸(T)から誘導される第1の単
位約10モル%までと、2,2′−ジ置換−ビ安息香酸とPPD
から誘導される第2の単位約30乃至約70モル%と、オキ
シジ安息香酸(ODB)とPPDから誘導される単位(ここで
は「第3の単位」とする)約70乃至約30モル%とを本質
的に含んでなる延伸可能なアラミドが提供される。高伸
長によって大幅に向上した引張強さ及び引張弾性率(te
nsile modulus)を有する高度に配向され結晶材料を得
るために、このような重合体が、特に繊維又は薄膜の形
態で、延伸される。
SUMMARY OF THE INVENTION Up to about 10 mol% of the first unit derived from p-phenylenediamine (PPD) and terephthalic acid (T), 2,2'-disubstituted-bibenzoic acid and PPD.
About 30 to about 70 mol% of a second unit derived from oxydibenzoic acid (ODB) and about 70 to about 30 mol% of a unit derived from PPD (herein referred to as "third unit") There is provided a stretchable aramid essentially comprising: High tensile strength and tensile modulus (te
Such polymers are drawn, especially in the form of fibers or films, in order to obtain highly oriented crystalline materials with a nsile modulus.

【0007】本発明は延伸可能なアラミドであって、化
学式
The present invention is a stretchable aramid having the chemical formula

【化4】 を有する第1の単位約10モル%までと、化学式[Chemical 4] A first unit having up to about 10 mol% and a chemical formula

【化5】 を有する第2の単位約30乃至約70モル%と、化学式[Chemical 5] A second unit having about 30 to about 70 mol% and a chemical formula

【化6】 を有する第3の単位約70乃至約30モル%とを本質的に含
んでなるアラミドに関するものである。ただし、上式に
おいてX及びXは塩素、臭素、ニトロ基及びメチル
基からなる群から独立に選ばれる。
[Chemical 6] And a third unit having about 70 to about 30 mole% of aramid. However, in the above formula, X 1 and X 2 are independently selected from the group consisting of chlorine, bromine, a nitro group and a methyl group.

【0008】好ましくは重合体は第2の単位約35乃至約
65モル%及び第3の単位約65乃至約35モル%を含む。更
に好ましくは重合体は第2の単位約45乃至約55モル%及
び第3の単位約55乃至約45モル%を含む。また、第1の
単位は約5モル%を越えないことが好ましい。
Preferably the polymer is about 35 to about 2 second units.
65 mol% and about 65 to about 35 mol% of the third unit. More preferably, the polymer comprises about 45 to about 55 mol% second units and about 55 to about 45 mol% third units. It is also preferred that the first unit does not exceed about 5 mol%.

【0009】また、好ましくはX及びXは同じであ
る。一層好ましくはX及びXは塩素又はメチル基で
あり、特に好ましくはX及びXは塩素である。
Preferably, X 1 and X 2 are the same. More preferably X 1 and X 2 are chlorine or a methyl group, and particularly preferably X 1 and X 2 are chlorine.

【0010】2,2′−ジ置換−4,4′−ビ安息香酸(又は
それらの酸のハロゲン化物、特に塩化物、これらはアラ
ミドを生成する重合過程においてしばしば用いられる)
は当業界で公知の方法によって生成される。2,2′−ジ
ブロモ−及び2,2′−ジニトロ−4,4′−ビ安息香酸の塩
化アシルの合成については、米国特許第4,384,107号に
教示してある。対応する2,2′−ジメチル化合物の合成
については、「Makromol.Chem.」第189巻(1988年)、2
020−2037ページ掲載のH.W.シュミット及びD.グウォー
の報告に教示してある。2,2′−ジクロロ−4,4′−ジシ
アノビフェニルが米国特許第3,872,2037号に開示される
方法によって生成され、その後で還流(大気圧)20%Na
OH水溶液中で加水分解され、次いで酸で中和されると、
2,2′−ジクロロ−4,4′−ビ安息香酸が得られる。3,
4′−オキシジ安息香酸は、J.Polym.Sci.Part A:Poly.
Chem.第28巻75−87ページ掲載のエム・エッチ・ビー・
スコブビイ(M.H.B.Skovby)等の方法によって生成され
る。
2,2'-Disubstituted-4,4'-bibenzoic acid (or halides of these acids, especially chlorides, which are often used in the polymerization process to form aramids)
Are produced by methods known in the art. The synthesis of acyl chlorides of 2,2'-dibromo- and 2,2'-dinitro-4,4'-bibenzoic acid is taught in US Pat. No. 4,384,107. For the synthesis of the corresponding 2,2′-dimethyl compound, see “Makromol. Chem.” Vol. 189 (1988), 2
This is taught in the HW Schmidt and D. Gwar reports on pages 020-2037. 2,2'-dichloro-4,4'-dicyanobiphenyl was produced by the method disclosed in U.S. Pat. No. 3,872,2037, followed by reflux (atmospheric pressure) 20% Na.
When hydrolyzed in aqueous OH and then neutralized with acid,
2,2'-dichloro-4,4'-bibenzoic acid is obtained. 3,
4'-Oxydibenzoic acid is described in J. Polym. Sci. Part A: Poly.
Chem. 28, pages 75-87, M.H.B.
It is generated by a method such as MHBSkovby.

【0011】重合体は従来技術のアラミド生成方法とし
て公知の技術(例えば英国特許第1,547,802号及び米国
特許第3,673,143号を参照されたい)によって生成され
る。生成された重合体は十分な分子量を有し、繊維又は
薄膜が形成できるものでなければならない。重合体は約
2又はそれを越えるインヘレント粘度(inherent visc
osity)を有していなければならない。このような重合
体は、従来技術のアラミドに関する公知の方法によっ
て、繊維に紡糸したり或いは他の形状に形成できる(例
えば、薄膜形成について米国特許第3,673,143号、例
2、また繊維紡糸については米国特許第3,767,756号を
参照されたい)。
The polymer is produced by techniques known in the prior art for producing aramids (see, for example, British Patent 1,547,802 and US Pat. No. 3,673,143). The polymer produced should have sufficient molecular weight to form fibers or thin films. The polymer has an inherent viscosity of about 2 or more.
osity). Such polymers can be spun into fibers or formed into other shapes by methods known in the art for aramids (eg, US Pat. No. 3,673,143 for thin film formation, Example 2 and US for fiber spinning). See Japanese Patent No. 3,767,756).

【0012】本発明の重合体は、延伸可能であり、かつ
延伸することによって未延伸重合体よりも向上した特
性、特に引張弾性率、を示すようになる。アラミド重合
体を延伸可能にし、かつ延伸によって最適な物理的特性
を示すようにするためには、出願人はこの仮説に固執す
る意思はないが、アラミド重合体は次のような特性を有
する必要があると考えられる:即ち、繊維紡糸用の溶剤
に可溶であること;延伸条件(特に、高温)に対して安
定であること;紡糸したままの繊維(未延伸)状態にお
いては大部分がアモルファスであること;及び好ましく
は延伸状態において相当な結晶性と高配向性を示すこ
と。薄膜ストリップの伸長は、重合体がこれらの基準に
適合することを示す指標になる。この重合体は、N−メ
チル−ピロリドンのようなN−アルキルアミド溶剤に可
溶である。多数のアラミドがこれらの条件の幾つかを満
足するが、これらの条件の全てを満足するものは理論的
に可能な全アラミド重合体のうちの一部に過ぎないと出
願人は考える。
The polymer of the present invention is stretchable, and when stretched, it exhibits improved properties, especially tensile elastic modulus, than unstretched polymer. Applicants are not willing to stick to this hypothesis in order for the aramid polymer to be stretchable and to exhibit optimal physical properties upon stretching, but the aramid polymer must have the following properties: That is, it is soluble in the solvent for fiber spinning; stable to the drawing conditions (especially high temperature); in the as-spun fiber (unstretched) state Amorphous; and preferably exhibiting considerable crystallinity and high orientation in the stretched state. The elongation of the thin film strip is an indicator that the polymer meets these criteria. This polymer is soluble in N-alkylamide solvents such as N-methyl-pyrrolidone. Although many aramids satisfy some of these conditions, applicants believe that satisfying all of these conditions are only some of the theoretically possible total aramid polymers.

【0013】本発明の延伸可能な重合体は、高引張強さ
及び引張弾性率が重要な繊維及び薄膜、並びに索材及び
合成物にとって有用である。延伸に適する温度は好まし
くは約350℃乃至約5735℃であり、最も好ましくは約400
℃乃至約520℃である。任意の特定のアラミドに要求さ
れる温度は、アラミド(例えば薄膜又は繊維)を所与の
温度に加熱して試行的に手で延伸してみる(例1参照の
こと)ことによって容易に決定できる。伸長しなけれ
ば、明らかに更に高温を必要とする。
The stretchable polymers of the present invention are useful for fibers and thin films where high tensile strength and tensile modulus are important, as well as cords and composites. Suitable temperatures for stretching are preferably from about 350 ° C to about 5735 ° C, most preferably about 400 ° C.
℃ to about 520 ℃. The temperature required for any particular aramid can be readily determined by heating the aramid (eg, thin film or fiber) to a given temperature and attempting to manually stretch it (see Example 1). . Without elongation, obviously higher temperatures are required.

【0014】繊維の延伸に要する力は、比較的容易な実
験によって決定される。アラミドがある伸長量で破壊を
起こさなければ、アラミドはその特定伸長値まで延伸で
きる。換言すると、アラミドはある力で(しかし、アラ
ミドを破壊するに要する力より小さな力で)延伸でき
る。任意のアラミド及び温度について、該アラミドを延
伸温度まで加熱し、張力計で力を計測しながら十分な力
を負荷して延伸することによって、この力は容易に決定
できる。
The force required to draw the fiber is determined by relatively easy experimentation. If the aramid does not break at a certain elongation, the aramid can be stretched to its specified elongation value. In other words, the aramid can be stretched with some force (but less than the force required to break the aramid). This force can be easily determined for any aramid and temperature by heating the aramid to the stretching temperature and stretching with sufficient force while measuring the force with a tensiometer.

【0015】「少なくともX%の伸長」という表現によ
って、次式によって計算される値を意味するものとす
る。
The expression "extension of at least X%" shall mean the value calculated by the following equation:

【数1】 (最終長)−(初期長)/初期長×100 アラミドが少なくとも3%伸長すれば好ましく、アラミ
ドが少なくとも約4%伸長すれば一層好ましく、更に、
アラミドが少なくとも約6%伸長すれば最も好ましい。
また、好ましくはアラミドは少なくとも400%伸長す
る。延伸されたアラミドの引張強さは、好ましくは未延
伸アラミドの引張強さの少なくとも1.25倍である。
## EQU1 ## (final length)-(initial length) / initial length × 100 It is preferable that the aramid is extended by at least 3%, and it is more preferable that the aramid is extended by at least about 4%, and further,
Most preferably, the aramid extends at least about 6%.
Also preferably, the aramid is at least 400% elongated. The tensile strength of the stretched aramid is preferably at least 1.25 times the tensile strength of unstretched aramid.

【0016】配向角は好ましくは12°以下、一層好まし
くは10°以下、更に好ましくは8°以下である。配向角
は(繊維においては)次の方法によって測定される。直
径約0.5mmのフィラメント束を、フィラメントを本質的
に平行に保つように注意して試料ホルダーに巻き付け
る。試料ホルダーに装填したフィラメントに、銅製微調
整長焦点回折管(PW2273/20型)及びニッケル製ベータ
・フィルターを使用し、40kV40mAで作動するフィリップ
スX線発生装置(12045B型)から発生されるX線ビーム
を照射する。
The orientation angle is preferably 12 ° or less, more preferably 10 ° or less, further preferably 8 ° or less. The orientation angle (in fibers) is measured by the following method. A bundle of filaments about 0.5 mm in diameter is wrapped around the sample holder, taking care to keep the filaments essentially parallel. X-ray generated from a Phillips X-ray generator (12045B type) operating at 40kV 40mA using a fine adjustment long focus diffraction tube made of copper (PW2273 / 20 type) and a nickel beta filter as a filament loaded in a sample holder. Irradiate the beam.

【0017】試料フィラメントからの回折像をウォーハ
ス・ピンホールカメラでコダックDEF直接照射X線フィ
ルムに記録する。カメラの視準器は直径0.64mmである。
照射を約15乃至30分間(即ち一般的には測定すべき回折
像が光学濃度〜1.0で記録できるほど十分な長時間)持
続する。
The diffraction image from the sample filament is recorded on a Kodak DEF direct-irradiated X-ray film with a Warhas pinhole camera. The collimator of the camera is 0.64 mm in diameter.
Irradiation is continued for about 15 to 30 minutes (ie, generally long enough so that the diffraction pattern to be measured is recorded at an optical density of ˜1.0).

【0018】回折像のディジタル化した像をビデオカメ
ラで記録する。黒及び白基準用いて透過強度を較正し、
灰色レベル(0−255)を光学濃度に変換する。本発明
の繊維の回折像は散乱角略20°及び22°に2つの卓越し
た重畳赤道反射を有し、内側の(〜20°)反射が配向角
の測定に用いられる。2つの選ばれた赤道ピーク(即
ち、回折像の両側における内側の反射)を通る方位トレ
ースに相当するデータ列が、ディジタルデータ・ファイ
ルから、内挿法によってつくられ、データ列は1データ
点が1/3弧度に相当するように構成される。
A digitized image of the diffracted image is recorded with a video camera. Calibrate transmission intensity using black and white standards,
Convert gray level (0-255) to optical density. The diffracted image of the fiber of the invention has two outstanding superimposed equatorial reflections at scattering angles of approximately 20 ° and 22 °, the inner (~ 20 °) reflection being used to measure the orientation angle. A sequence of data corresponding to an azimuth trace through the two selected equatorial peaks (ie, the inner reflections on both sides of the diffraction pattern) was created from the digital data file by interpolation, the sequence of data being one data point. It is configured to correspond to 1/3 radian.

【0019】配向角は、赤道ピークの光学濃度最大値の
半値点について度単位の弧長(最大濃度の50%点に対し
て張る角度)として測定され、背景に対して補正され
る。これはピークの両側の半値点の間の多数のデータ点
(内挿法が用いられ、整数ではない)から計算される。
2つのピークが測定され、配向角は2つの測定の平均と
みなされる。
The orientation angle is measured as the arc length in degrees (angle formed with respect to the 50% point of the maximum density) with respect to the half value point of the maximum optical density of the equatorial peak, and is corrected with respect to the background. It is calculated from a large number of data points (interpolation used, not integers) between the half-value points on either side of the peak.
Two peaks are measured and the orientation angle is taken as the average of the two measurements.

【0020】延伸されたアラミドの見かけの結晶サイズ
は少なくとも35オングストロームであれば良いが、好ま
しくは少なくとも略45オングストローム、一層好ましく
は略55オングストロームである。35オングストローム以
上の見かけの結晶サイズは、アラミドの顕著な結晶性及
び特性、特に引張弾性率、の向上を現すものと考えられ
る。見かけの結晶サイズは次の手順によって測定した。
The apparent crystallite size of the stretched aramid may be at least 35 angstroms, preferably at least about 45 angstroms, more preferably about 55 angstroms. Apparent crystallite sizes of 35 Å and above are believed to represent significant improvements in aramid crystallinity and properties, particularly tensile modulus. The apparent crystal size was measured by the following procedure.

【0021】X線回折計(フィリップス・エレクトロニ
クインスツルーメント社;カタログ番号PW1075/00)を
反射モードで作動させ、回折ビーム・モノクロメーター
及びシンチレーション検出器を用いて、X線回折走査か
ら見かけの結晶サイズを導出した。強度データを計数率
計を用いて測定し、コンピューター化したデータ収集及
び編集システムに記録した。回折走査においては次の測
定器設定条件とした。 走査速度: 毎分1°2θ ステップ増分: 0.025°2θ 走査範囲: 15°乃至30°2θ 波高分析器: 差動 回折データの処理にはコンピューター・プログラムを使
用し、データの平滑化、基準線の決定、並びにピーク位
置及び波高の測定を行った。
An X-ray diffractometer (Phillips Electronic Instruments, Inc .; Catalog No. PW1075 / 00) was operated in reflection mode and an apparent X-ray diffraction scan was performed using a diffracted beam monochromator and a scintillation detector. The crystal size was derived. Intensity data was measured using a count rate meter and recorded in a computerized data collection and editing system. In the diffraction scan, the following measuring instrument setting conditions were used. Scan rate: 1 ° 2θ per minute Step increment: 0.025 ° 2θ Scan range: 15 ° to 30 ° 2θ Wave height analyzer: Use a computer program to process the differential diffraction data, smooth the data, Determination and peak position and wave height measurements were made.

【0022】本発明による繊維の回折像は、2つの卓越
した赤道X線反射によって特徴づけられる。これらのピ
ークは、略20°−21°及び22°2θ(散乱角)に起こ
り、実質的には重畳し、分解困難である。見かけの結晶
サイズは、第1(小さいほうの散乱角)の赤道回折ピー
クのピーク半値幅の測定から計算できる。2つの赤道ピ
ークが重畳するから、ピーク半値幅の測定は波高での半
値幅に基づく。20°−21°のピークについては、最大ピ
ーク高の半値の位置を計算し、この強度に対応する2θ
値を低角側で測定する。この2θ値と最大ピーク高での
2θ値との間の差を2倍して、ピーク半値(即ち、「線
(line)」)幅とする。
The diffraction pattern of the fibers according to the invention is characterized by two outstanding equatorial X-ray reflections. These peaks occur at about 20 ° -21 ° and 22 ° 2θ (scattering angle), and they substantially overlap and are difficult to decompose. The apparent crystal size can be calculated from the measurement of the peak half-width of the first (smaller scattering angle) equatorial diffraction peak. Since the two equatorial peaks overlap, the measurement of the peak full width at half maximum is based on the full width at half maximum at the wave height. For the peak of 20 ° -21 °, calculate the half-maximum position of the maximum peak height, and calculate 2θ corresponding to this intensity.
The value is measured on the low angle side. The difference between this 2θ value and the 2θ value at maximum peak height is doubled to give the peak half-value (ie, “line”) width.

【0023】この測定においては、測定器による広がり
についてのみ補正を行う;全ての他の線幅拡大効果は結
晶サイズによるものと見なす。試料の測定線幅がBであ
れば、補正された線幅βは
In this measurement, only the broadening due to the measuring instrument is corrected; all other linewidth widening effects are assumed to be due to the crystal size. If the measurement line width of the sample is B, the corrected line width β is

【数2】 β=(B−b 1/2 ただし、「b」は測定器による広がり定数である。
「b」は、シリコン結晶粉末試料の回折像における略2
8.5°2θ位置のピークの線幅の測定によって決定す
る。
[Number 2] β = (B 2 -b 2) 1/2 where "b" is a spread constant by the instrument.
“B” is approximately 2 in the diffraction image of the silicon crystal powder sample.
Determined by measuring the line width of the peak at the 8.5 ° 2θ position.

【0024】見かけの結晶サイズ(ACS)は次式で与え
られる。
The apparent crystal size (ACS) is given by:

【数3】 ACS=(Kλ)/(β・cosθ)、 上式で、Kは1(単位)と見なし、λはX線の波長(こ
こでは、1.5418Å)、βは補正された線幅(ラジアン単
位)、θはブラッグ角(回折像から得られる選ばれたピ
ークの2θ値の半分)である。
[Expression 3] ACS = (Kλ) / (β · cosθ), where K is regarded as 1 (unit), λ is the wavelength of the X-ray (here, 1.5418Å), and β is the corrected line width. (Radian unit), θ is the Bragg angle (half of the 2θ value of the selected peak obtained from the diffraction image).

【0025】延伸されたアラミドは好ましくは、化学式The stretched aramid preferably has the formula

【化7】 を有する第1の単位約10モル%までと、化学式[Chemical 7] A first unit having up to about 10 mol% and a chemical formula

【化8】 を有する第2の単位約30乃至約70モル%と、化学式[Chemical 8] A second unit having about 30 to about 70 mol% and a chemical formula

【化9】 を有する第3の単位約70乃至約30モル%とを本質的に含
んでいる。ただし、上式においてX及びXは塩素、
臭素、ニトロ基及びメチル基からなる群から独立に選ば
れる。この化学式からなる好ましいアラミドの組成は上
に列挙する通りである。
[Chemical 9] And a third unit having about 70 to about 30 mole percent. However, in the above formula, X 1 and X 2 are chlorine,
Independently selected from the group consisting of bromine, nitro groups and methyl groups. The preferred aramid composition of this formula is as listed above.

【0026】本発明のアラミドの延伸は水又は他の溶剤
が実質的な欠如によって生ずる。水又は他の溶剤の実質
的な欠如とは、水又は他の溶剤が5%未満、好ましくは
約2%未満を意味する。アラミドの分子量は十分に大き
く、繊維を形成できるものでなければならない。
Stretching of the aramids of this invention results from the substantial lack of water or other solvents. Substantial lack of water or other solvent means less than 5% water or other solvent, preferably less than about 2%. The molecular weight of aramid must be large enough to be able to form fibers.

【0027】重合体は、N−メチルピロリドン中で約2
以上のインヘレント粘度を有するものでなければならな
い。インヘレント粘度を測定する手順は米国特許第3,67
3,143号、第9ページ左欄、第10行以下に教示してあ
り、これを本明細書に援用する。
The polymer is about 2% in N-methylpyrrolidone.
It must have the above inherent viscosity. The procedure for measuring inherent viscosity is described in US Pat. No. 3,673.
No. 3,143, page 9, left column, line 10 et seq., Incorporated herein by reference.

【0028】延伸前のアラミドは好ましくは30オングス
トローム以下の見かけの結晶サイズを有する。このこと
は、見かけの結晶サイズが延伸過程中に増大することを
意味する。
The aramid before stretching preferably has an apparent crystallite size of 30 angstroms or less. This means that the apparent crystal size increases during the stretching process.

【0029】アラミドを延伸するために有用な装置は多
様である。手で行っても良いが、生産手段としてはもっ
と自動的かつ連続的な工程が望ましい。このような工程
に有用な装置が米国特許第3,869,430号及び第4,500,278
号に開示されており、これらを本明細書に援用する。
The equipment useful for stretching the aramid is diverse. It may be done by hand, but a more automatic and continuous process is desirable as a production method. Equipment useful in such processes is described in U.S. Pat.Nos. 3,869,430 and 4,500,278
, Which are incorporated herein by reference.

【0030】次の例においては、米国特許第3,869,429
号、第5ページ右欄、第10行に教示される方法によっ
て、繊維特性を測定した。これも本明細書に援用する。
配向角及び見かけの結晶サイズは前述のようにして測定
した。
In the following example, US Pat. No. 3,869,429
Fiber properties were measured by the method taught in No. 10, right column, page 5, line 10. This is also incorporated herein.
The orientation angle and apparent crystal size were measured as described above.

【0031】[0031]

【実施例】 例1 空気吸入式撹拌器、雰囲気水分除湿用の不活性気体の緩
慢な上澄み流、固体添加用器具、及び外部氷水冷却器付
きのガラス・レジン・ケトル内でp−フェニレンジアミ
ン(6.048g;0.058モル)を、無水CaCl(6.7g;3%)を
含む乾燥N−メチルピロリドン(NMP)(223mL;230g)
に溶かした。この撹拌溶液を5−10℃に冷却し、その上
に2,2′−ジクロロビベンゾイルクロライド(9.744g;0.
029モル)と3,4′−オキシジベンゾイルクロライド(8.
260g;0.029モル)との固体混合物を量的には全部を一挙
に加えた。約30分間で粘度は次第に増大して、薄膜を成
型するのに適当なレベル(7.9%固体)に到達した。約
2時間後にCaO(3.14g;0.058モル)を加えて副生HClを
中和し、透明な粘性液を得た。30°のNMP中で測定した
インヘレント粘度は3.88、100%HSO中では2.40で
あった。熱重量分析は約450℃で初期重量損失を示した;
DSCは同じ温度での同時発熱の開始を示した。
EXAMPLES Example Example 1 air intake type stirrer, slow supernatant flow of inert gas for humidity atmosphere moisture removal, solids addition instrument, and an external ice-water cooler with a glass Resin kettle with p- phenylenediamine (6.048 g; 0.058 mol) in dry N-methylpyrrolidone (NMP) containing anhydrous CaCl 2 (6.7 g; 3%) (223 mL; 230 g)
Melted into The stirred solution was cooled to 5-10 ° C, and 2,2'-dichlorobibenzoyl chloride (9.744g;
029 mol) and 3,4'-oxydibenzoyl chloride (8.
260 g; 0.029 mol) was quantitatively added all at once. The viscosity gradually increased in about 30 minutes to reach a level (7.9% solids) suitable for casting thin films. After about 2 hours, CaO (3.14 g; 0.058 mol) was added to neutralize the by-product HCl to obtain a transparent viscous liquid. The inherent viscosity measured in 30 ° NMP was 3.88 and in 100% H 2 SO 4 was 2.40. Thermogravimetric analysis showed an initial weight loss at about 450 ° C;
DSC showed onset of simultaneous exotherms at the same temperature.

【0032】0.015インチのドクターナイフを用いて清
浄なガラス板上で重合体溶液を薄膜に成型した。窒素を
流した真空炉中で、これを5時間90℃で乾燥し、その後
でCaClを除くために室温の水に一晩浸した、次に縁部
をガラス板に留めて薄膜を固定し、5時間90℃で乾燥し
た。その後で、これを1/4インチ幅のストリップに切断
し、直径1インチ、接触長約1.5インチの半円状ホット
プレート上方で手で延伸した。絞り性(drawability)
は400%/400℃から600%/440℃に変化した。450℃まで
漸次に昇温して延伸を実施することによって、800%の
延伸性が可能であった。450℃より高温での延伸不能
は、熱分解性変質の開始と同期した薄膜の極端な脆弱化
に因るものである。実施した延伸では最大引張強さ:靭
性(T)/伸び(E)/弾性率(Mi)/デニール=8.4g
pd/2.7%/365gpd/381(平均8.1/2.8/300/407)であっ
た。未延伸試料はT/E/Mi=1.1/29/30であり、アモルフ
ァスで全く配向されない状態であった。対照的に、延伸
された試料は高度に結晶化し、かつ高度に配向し、見か
けの結晶サイズは35Å、配向角は4.8°であった。未延
伸重合体では見かけの結晶サイズは8Å、配向角は0で
あった。
The polymer solution was cast into a thin film on a clean glass plate using a 0.015 inch doctor knife. In a vacuum oven flushed with nitrogen, it was dried for 5 hours at 90 ° C and then soaked overnight in room temperature water to remove CaCl 2 , then the edges were fastened to a glass plate to fix the thin film. It was dried at 90 ° C. for 5 hours. It was then cut into 1/4 inch wide strips and hand drawn over a semi-circular hot plate with a diameter of 1 inch and a contact length of about 1.5 inches. Drawability
Changed from 400% / 400 ℃ to 600% / 440 ℃. By gradually raising the temperature to 450 ° C. and performing the stretching, a stretchability of 800% was possible. The inability to stretch above 450 ° C is due to the extreme weakening of the film in synchronization with the onset of pyrolytic degradation. Maximum tensile strength in the stretched: Toughness (T) / Elongation (E) / Elastic modulus (Mi) /Denier=8.4g
It was pd / 2.7% / 365gpd / 381 (average 8.1 / 2.8 / 300/407). The unstretched sample had T / E / Mi = 1.1 / 29/30, and was in an amorphous state with no orientation. In contrast, the drawn sample was highly crystallized and highly oriented with an apparent crystal size of 35Å and an orientation angle of 4.8 °. In the unstretched polymer, the apparent crystal size was 8Å and the orientation angle was 0.

【0033】比較例1 例1と全く同じ重合によって、インヘレント粘度η=3.
01のp−フェニレンジアミン/3,4′−オキシジアニリン
(50/50)テルフタルアミド重合体をつくり、薄膜に成
型し、ストリップを前と同様に延伸した。400−490℃で
450−1550%の延伸特性が観測された。例として、475℃
で1500%延伸した試料はT/E/Mi平均値14.7gpd(18.4gp
d)/4.1%(4.5%)/384gpd(598)/110デニール、配向
角11.4°、及びX線回折記録に明確な回折スポットが存
在しないことから判断して無視できる程度の3次元結晶
性を有していた。この合成物の市販繊維試料で測定した
見かけの結晶サイズは33Å、配向角は15°であった、
Comparative Example 1 By the same polymerization as in Example 1, an inherent viscosity η = 3.
A p-phenylenediamine / 3,4'-oxydianiline (50/50) terphthalamide polymer of 01 was made, cast into a thin film and the strip stretched as before. At 400-490 ° C
Stretching properties of 450-1550% were observed. As an example, 475 ℃
The sample stretched 1500% at T / E / Mi averaged 14.7 gpd (18.4 gp
d) /4.1% (4.5%) / 384gpd (598) / 110 denier, orientation angle 11.4 °, and there is no definite diffraction spot in the X-ray diffraction record, so it is possible to judge that there is negligible three-dimensional crystallinity. Had. The apparent crystal size measured on a commercial fiber sample of this composite was 33Å, the orientation angle was 15 °,

【0034】比較例2 例1の方法と同様に、p−フェニレンジアミン(0.07モ
ル)を、溶解した無水CaCl(0.75重量%(w/w)溶
液)2.25gを含んだ乾燥NMP(300g)に10℃で溶かした。
この溶液をテレフタロイルクロライド7.10g(0.035モ
ル)及び3,4′−オキシベンゾイルクロライド10.33g
(0.035モル)と混合した。この混合物を70℃に加熱し
て、撹拌しながら、重合を2時間続けると、淡黄色溶液
が得られた。この溶液は乳状で幾分か粘性を有してい
た。CaO3.85g(0.07モル)を混合して副生HClを中和
し、透明な粘性溶液を得た。インヘレント粘度は、25℃
の硫酸中で、2.00であった。NMPで希釈して、例1のよ
うにして薄膜を成型するのに適当な粘性を得た。薄膜を
例1と同様に成型し、ホットシューで加熱し、400℃で
最大700%に延伸し、靭性(T)/伸び(E)/弾性率
(Mi)で11gpd/6.0%/323gpd(最良破壊12.3/10.2/37
8)を得た。最大延伸900%の同様な試料については、配
向角(O.A.)/結晶指数(crystal index)(C.T.)/
結晶サイズ(C.S.)が13°/22/42Åであった。結晶回折
像はPPD−Tの回折像と同じであった。800%の低延伸率
では、O.A./C.T./C.S.は15°/20/35Åであった。未延伸
薄膜は0/12/10Å及びT/E/Mi=1.2/79/31gpdであった。
Comparative Example 2 Similar to the method of Example 1, dry NMP (300 g) containing 2.25 g of anhydrous CaCl 2 (0.75 wt% (w / w) solution) in which p-phenylenediamine (0.07 mol) was dissolved. Melted at 10 ° C.
7.10 g (0.035 mol) of terephthaloyl chloride and 10.33 g of 3,4'-oxybenzoyl chloride were added to this solution.
(0.035 mol). The mixture was heated to 70 ° C. and the polymerization was continued for 2 hours with stirring to give a pale yellow solution. The solution was milky and somewhat viscous. CaO (3.85 g, 0.07 mol) was mixed to neutralize the by-produced HCl to obtain a transparent viscous solution. Inherent viscosity is 25 ° C
2.00 in sulfuric acid. Dilution with NMP gave the proper viscosity for casting thin films as in Example 1. A thin film was molded in the same manner as in Example 1, heated with a hot shoe, stretched to a maximum of 700% at 400 ° C, and had a toughness (T) / elongation (E) / elastic modulus (Mi) of 11 gpd / 6.0% / 323 gpd (best Destruction 12.3 / 10.2 / 37
8) got. Orientation angle (OA) / crystal index (CT) /
The crystal size (CS) was 13 ° / 22 / 42Å. The crystal diffraction image was the same as that of PPD-T. At a low stretch ratio of 800%, OA / CT / CS was 15 ° / 20 / 35Å. The unstretched thin film had 0/12 / 10Å and T / E / Mi = 1.2 / 79/31 gpd.

【0035】以上本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明をここで開示した厳密な構成に限定する意図
ではないことは明らかであり、特許請求の範囲によって
定められる本発明の範囲内で可能なあらゆる変更に対し
て権利が保有されることも明らかである。
While the preferred embodiments of the invention have been described above, it is clear that the invention is not intended to be limited to the precise constructions disclosed herein, but within the scope of the invention as defined by the appended claims. It is also clear that rights are reserved for all possible changes.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 69/32 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) C08G 69/32

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】延伸可能なアラミド・ランダム共重合体で
あって、 化学式 【化1】 を有する第1の単位約10モル%まで、 化学式 【化2】 を有する第2の単位約30乃至約70モル%、及び 化学式 【化3】 を有する第3の単位約70乃至約30モル%、 ただし、上式においてX及びXは塩素、臭素、ニト
ロ基及びメチル基からなる群から独立に選ばれるものと
する、 を本質的に含んでなるアラミド。
1. A stretchable aramid / random copolymer having the chemical formula: The first unit having up to about 10 mol% has the chemical formula: A second unit having about 30 to about 70 mol% and a chemical formula: A third unit having about 70 to about 30 mol%, wherein X 1 and X 2 in the above formula are independently selected from the group consisting of chlorine, bromine, nitro and methyl groups. Aramid comprising.
【請求項2】 前記第2の単位約35乃至約65モル%と、
前記第3の単位約65乃至約35モル%とを含んでなる請求
項1記載のアラミド。
2. The second unit of about 35 to about 65 mol%,
The aramid of claim 1 comprising about 65 to about 35 mole% of said third unit.
【請求項3】 前記第2の単位約45乃至約55モル%と、
前記第3の単位約55乃至約45モル%とを含んでなる請求
項2記載のアラミド。
3. The second unit of about 45 to about 55 mol%,
The aramid of claim 2 comprising about 55 to about 45 mole% of said third unit.
【請求項4】 前記X及び前記Xが同一である請求
項1記載のアラミド。
4. The aramid according to claim 1, wherein the X 1 and the X 2 are the same.
【請求項5】 前記X及び前記Xの各々が塩素又は
ニトロ基である請求項4記載のアラミド。
5. The aramid according to claim 4, wherein each of X 1 and X 2 is a chlorine or nitro group.
【請求項6】 前記X及び前記Xが同一である請求
項2記載のアラミド。
6. The aramid according to claim 2, wherein the X 1 and the X 2 are the same.
【請求項7】 前記X及び前記Xの各々が塩素又は
メチル基である請求項2記載のアラミド。
7. The aramid according to claim 2 , wherein each of X 1 and X 2 is chlorine or a methyl group.
【請求項8】 前記X及び前記Xの各々が塩素又は
メチル基である請求項3記載のアラミド。
8. The aramid according to claim 3, wherein each of X 1 and X 2 is chlorine or a methyl group.
【請求項9】 延伸された請求項1記載のアラミド。9. The aramid according to claim 1, which has been stretched. 【請求項10】 延伸された請求項2記載のアラミド。10. The aramid according to claim 2, which has been stretched. 【請求項11】 延伸された請求項8記載のアラミド。11. The aramid according to claim 8, which has been stretched. 【請求項12】 繊維の形態をなす請求項1記載のアラ
ミド。
12. The aramid according to claim 1, which is in the form of a fiber.
【請求項13】 薄膜の形態をなす請求項1記載のアラ
ミド。
13. The aramid according to claim 1, which is in the form of a thin film.
【請求項14】 前記第1の単位を約5%まで含んでな
る請求項1記載のアラミド。
14. The aramid of claim 1 comprising up to about 5% of said first unit.
【請求項15】 前記X及び前記Xが塩素である請
求項4記載のアラミド。
15. The aramid according to claim 4, wherein the X 1 and the X 2 are chlorine.
【請求項16】 前記X及び前記Xが塩素である請
求項8記載のアラミド。
16. The aramid according to claim 8, wherein the X 1 and the X 2 are chlorine.
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