JP3480128B2 - Method for producing high modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament - Google Patents

Method for producing high modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament

Info

Publication number
JP3480128B2
JP3480128B2 JP15831395A JP15831395A JP3480128B2 JP 3480128 B2 JP3480128 B2 JP 3480128B2 JP 15831395 A JP15831395 A JP 15831395A JP 15831395 A JP15831395 A JP 15831395A JP 3480128 B2 JP3480128 B2 JP 3480128B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
polymer
multifilament
elastic modulus
yarn
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP15831395A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH08325840A (en
Inventor
和之 矢吹
亨 北河
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyobo Co Ltd filed Critical Toyobo Co Ltd
Priority to JP15831395A priority Critical patent/JP3480128B2/en
Priority to TW084107363A priority patent/TW281694B/en
Priority to KR1019950021516A priority patent/KR100368965B1/en
Publication of JPH08325840A publication Critical patent/JPH08325840A/en
Priority to KR1020020047665A priority patent/KR100392247B1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3480128B2 publication Critical patent/JP3480128B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は産業資材として供する強
度及び弾性率が著しく優れた高強度、高弾性率のポリペ
ンザゾールマルチフィラメントの製造法に関する。 【0002】 【従来の技術】ポリベンザゾール繊維は現在市販されて
いるスーパー繊維の代表であるポリパラフエニレンテレ
フタルアミド繊維の2倍以上の強度と弾性率を持ち、次
世代のスーパー繊維として期待されている。 【0003】ところで従来、ポリベンザゾール重合体の
ポリリン酸溶液から繊維を製造することは公知である。
例えば、紡糸方法については米国特許5296185
号、米国特許5385702号があり、水洗乾燥方法に
ついてはW094/04726号、熱処理方法について
は米国特許5296185号に夫々提案がなされてい
る。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の製造
法による高強度のポリベンザゾール繊維の弾性率は、米
国特許5296185号に記載されたような350℃以
上の熱処理をしてもおおむね290GPaどまりであ
る。実験室では極めて高い弾性率が報告されているが、
5.0 GPa以上の強度を有しながら弾性率が290GP
a以上のヤーン(フイラメントの集合体)は未だ工業的
な生産技術は得られていない。 【0005】そこで、本発明者らは、有機繊維材料とし
て究極の弾性率を有するポリベンザゾール繊維を開発す
べく説意研究に努め、その解決に乗り出した。 【0006】弾性率の究極を実現する手段としては、い
わゆるラダーポリマーなどの剛直ポリマーが考えられて
きたが、こうした剛直なポリマーは可撓性がなく、有機
繊維としてのしなやかさや加工性をもつためには、直線
状のポリマーであることが必須である。 【0007】S.G.Wierschke らがMaterial Research So
ciety Symposium Proceedings Vol.134,p.313(1989年)
に示したように、直線状のポリマーで最も高い理論弾性
率を持つのはシス型のポリパラフエニレンベンゾビスオ
キサゾールである。この結果は田代らによっても確認さ
れ(Macromolecules.vol.24,p.3706(1991年) ) 、ポリベ
ンザゾールのなかでも、シス型のポリパラフエニレンベ
ンゾビスオキサゾールが475GPaの結晶弾性率を持
ち(P.Galen らMaterial Research Society Symposium
Proceedings Vol.134,p.329(1989年) ) 、究極の一次構
造をもつと考えられた。したがって究極の弾性率を得る
ためには、ポリマーとしてポリパラフエニレンベンゾビ
スオキサゾールを素材とするのが理論的な帰着であっ
た。 【0008】該ポリマーの繊維化は米国特許52961
85号、米国特許5385702号に記載された方法で
行われ、熱処理方法は米国特許5296185号に提案
がなされている方法で行われるが、かかる方法で得られ
るヤーンの弾性率は高々290GPaであり、結晶弾性
率の61%を実現しているに過ぎない。従ってこれらの
方法の改良について研究の必要を痛感し、次に示す方法
により所期の物性を達成できることが見出された。 【0009】即ち、ポリパラフエニレンベンゾビスオキ
サゾール(PBO)とポリリン酸から成る紡糸ドープ
を、紡糸口金から紡出するいわゆるエアーギャップ
(ドローゾーン)へ吐出された糸条は極めて伸長粘度が
高く紡糸といった概念より、延伸と呼ぶ方が実態を表し
ている。しかしながら、紡出ドープのPBO分子鎖は極
めて長い分子緩和時間を持つが、ポリリン酸分子は比較
的短い緩和時間を有することから、ドープの分子鎖の緩
和と無関係という訳ではない。このため分子緩和をドロ
ーゾーンで制御することにより構造を制御して紡出し、
さらに該繊維を熱処理することで高強度を持ちかつこれ
までに得られなかったような高い弾性率を有するポリベ
ンザゾールマルチフィラメントを得ることができ、かつ
該高強度/高弾性率ポリベンザゾールマルチフィラメン
はこれまでの技術で得られなかった微細構造的特徴を
有する事を見い出した。 【0010】かくして本発明は、これまでの技術的困難
を克服し、結晶弾性率に近づいた高強度高弾性率ポリパ
ラフエニレンベンゾビスオキサゾールマルチフィラメン
ト(以後、本発明の繊維とはこのマルチフィラメントを
云う)を提供しその工業的生産を可能ならしめることを
目的とするものである。 【0011】 【課題を解決するための手段】即ち、上記目的に適合す
るための本発明は上マルチフィラメントを製造するち
めの方法に係り、実質的にポリパラフエニレンベンゾビ
スオキサゾールからなるポリマーのドープを下記(1)
〜(3)式 【0012】 【数2】(0.000167/C ×V) 0 . 5≦Q ≦0.00022/C × V
(1)(S×V)/Q≧0.3 (2)40×Q 0 . 5 ≦L ≦80
×Q 0 . 5 (3)(但し、式中Q は単孔吐出量(g/
分)、V は紡糸速度(m/分)、C はポリマー濃度(重
量比)、S はオリフイス出口断面積(cm2 )、L はドロ
ーゾーンの長さ(cm)である。)に示される条件を満足す
るように紡糸口金から非凝固性の気体中に押し出して得
られた紡出糸を抽出浴中に導入して糸条が含有するリン
酸を抽出した後、乾燥、巻取りを行ない次いで600℃
以上の温度で、張力下に熱処理することを特徴とする。 【0013】以下、更に本発明を詳述する。本発明にお
けるポリパラフエニレンベンゾビスオキサゾール繊維と
は、PBOホモポリマー、および実質的に85%以上の
PBO成分を含みポリベンザゾール(PBZ)類とのラ
ンダム、シーケンシャルあるいはブロック共重合ポリマ
ーをいう。ここでポリベンザゾール(PBZ)ポリマー
は、例えばWolfe 等の「Liquid Crystalline Polymer C
ompositions , Process and Products 」米国特許第4
703103号(1987年10月27日)、「Liquid
Crystalline PolymerCompositions, Process and Prod
ucts 」米国特許第4533692号(1985年8月
6日)、「Liquid Crystalline Poly(2.6-Benzothiazol
e)Compositions, Process and Products 」米国特許第
4533724号(1985年8月6日)、「Liquid C
rystalline Polymer Compositions, Process and Produ
cts 」米国特許第4533693号(1985年8月6
日)、Evers の「Thermooxidative-ly Stable Articula
ted p-Benzobisoxazole and p-Benzobisoxazole Polyme
rs」米国特許第4539567号(1982年11月1
6日)、Tasi等の「Methodfor making Heterocyclic Bl
ock Copolymer」米国特許第4578432号(198
6年3月25日)、等に記載されている。 【0014】PBZポリマーに含まれる構造単位として
は、好ましくはライオトロピック液晶ポリマーから選択
される。モノマー単位は構造式(a)〜(h)に記載さ
れているモノマー単位からなり、さらに好ましくは、本
質的に構造式(a)〜(c)から選択されたモノマー単
位からなる。以下余白 【0015】 【化1】 【0016】 【化2】 以下余白 【0017】 【化3】 【0018】 【化4】 【0019】 【化5】 【0020】 【化6】 【0021】 【化7】 【0022】 【化8】 【0023】実質的にPBOからなるポリマーのドープ
を形成するための好適な溶媒としては、クレゾールやそ
のポリマーを溶解し得る非酸化性の酸が含まれる。好適
な酸溶媒の例としては、ポリリン酸、メタンスルホン酸
および高濃度の硫酸あるいはそれらの混合物が挙げられ
る。さらに適する溶媒はポリリン酸及びメタンスルホン
酸である。また最も適する溶媒は、ポリリン酸である。 【0024】溶媒中のポリマー濃度は好ましくは少なく
とも約7重量%であり、さらに好ましくは少なくとも1
0重量%、最も好ましくは少なくとも14重量%であ
る。最大濃度は、例えばポリノーの溶解性やドープ粘度
といった実際上の取扱い性により限定される。それらの
限界要因のために、ポリマー濃度は通常では20重量%
を超えることはない。 【0025】好適なポリマーやコポリマーあるいはドー
プは公知の手法により合成される。例えばWolfe 等の米
国特許第4533693号(1985年8月6日)、Sy
bert等の米国特許第4772678号(1988年9月
20日)、Harrisの米国特許第4847350号(19
89年7月11日)に記載される方法で合成される。実
質適にPBOからなるポリマーは、Gregory 等の米国特
許第5089591号(1992年2月18日)による
と、脱水性の酸溶媒中での比較的高温、高剪断条件下に
おいて高い反応速度での高分子量化が可能である。 【0026】このようにして重合されるドープは紡糸部
に供給され、紡糸口金から通常100℃以上の温度で吐
出される。口金細孔の配列は通常円周状、格子状に複数
個配列されるが、その他の配列であってもよい。口金細
孔数は特に限定されるが、紡糸口金面における紡糸細孔
の配列は、吐出糸条間の融着などが発生しないような孔
密度を保つ必要がある。 【0027】紡出糸条は十分な延伸比(SDR)を得る
ため、米国特許5296185号に記載されたように十
分な長さのドローゾーン長が必要で、かつ比較的高温度
(ドープの固化温度以上で紡糸温度以下)の整流された
冷却風で均一に冷却されることが望ましい。ドローゾー
ンの長さ(L)は非凝固性の気体中で固化が完了する長
さが必要であり大雑把には単孔吐出量(Q)によって決
定される。良好な繊維物性を得るにはドローゾーンの取
り出し応力がポリマー換算で(ポリマーのみに応力が掛
かるとして)2g/d以上が必要である。 【0028】一方ドローゾーンでの糸条の滞留時間が長
くなると、ポリベンザゾール分子鎖は極めて長い緩和時
間をもつがポリリン酸は比較的短い緩和時間を有するこ
とから、ドローゾーンでの分子鎖の緩和が僅かに進。極
めて分子配向が高くかつ弾性率が高い糸であるので、僅
かな緩和が弾性率の低下として現れる。これを防ぐこと
が物性改良の決め手であることを見出した。即ち以下の
式を満足することにより得られる紡出糸を、熱処理した
とき従来にない物性と構造を持つ繊維が得られる。 【0029】 【数3】(0.000167/C ×V) 0 . 5≦Q ≦0.00022/C × V
(1)(S×V)/Q≧0.3 (2)40×Q 0 . 5 ≦L ≦80
×Q 0 . 5 (3) 【0030】ここにQは単孔吐出量(g/分)、Vは紡
糸速度(m/分)、Cはポリマー濃度(重量比)、Sは
オリフイス出口断面積(cm2 )、Lはドローゾーンの
長さ(cm)である。 【0031】ドローゾーンで延伸された糸条は次に凝固
浴(抽出浴)に導かれる。紡糸張力が高いため、抽出浴
の乱れなどに対する配慮は必要でなく以下なる形式の抽
出浴でも良い。例えばファンネル型、水槽型、アスピレ
ータ型あるいは滝型などが使用できる。抽出液はリン酸
水溶液や水が望ましい。最終的に抽出浴中において糸条
が含有するリン酸を99.0%以上、好ましくは99.5%以上
抽出する。本発明における抽出媒体として用いられる液
体に特に限定はないが好ましくはポリベンゾオキサゾー
ルに対して実質的に相溶性を有しない水、メタノール、
等である。また抽出浴を多段に分離しリン酸水溶液の濃
度を順次薄くし最終的に水で水洗してもよい。さらに該
繊維束を水酸化ナトリウム水溶液などで中和し、水洗す
ることが望ましい。 【0032】抽出された糸条は直ちにもしくは別途乾燥
し巻き取られる。得られた乾燥繊維をさらに600℃以
上の温度で張力下に熱処理することによりこれまで得ら
れなかったような弾性率(290GPa以上)が得られ
る。この繊維の密度は1.55以上であり、驚くべきこと
に、この様な高弾性率を有する繊維は小角X線散乱像に
おいて図1に示すような二点干渉像が得られる。 【0033】これまでPBO繊維の紡出糸は赤道ストリ
ークを示すのみで子午線方向には規制性を示さないこと
およびPBOの高弾性率を示す繊維(熱処理糸)の小角
X線散乱像は図2に示すように四点干渉像になることが
報告されており(S.J.Bai らPolymer,vol.33, p.2136(1
992 年) あるいはS.Kumar らPolymer,vol.35, p.5408(1
991 年))、本発明で得られる微細構造が新規な微細構造
であることが学術的にも明らかである。 【0034】なお、上記小角X線散乱の測定方法及び密
度の測定方法は下記の方法に拠った。<小角X線散乱の
測定方法>小角X線散乱像は下記の方法で記録した。測
定に供するX線はリガク電機株式会社製ローターフレッ
クスRU−200を銅対陰極を用い、出力40kV×1
00mAで運転して発生せしめた。光学系は、3スリッ
トピンホール小角カメラを用いた。この時、ニッケル箔
をカメラとX線発生機の間に置いてX線を単色化した。
試料は3m乃至10mのヤーンを幅3.8 cmの枷に巻き
とったものをゴニオメーターの中心にx線に対して垂直
方向に立てた。検出器はフジ写真フイルム株式会社製イ
メージングプレート(DLUR−lll)を用いた。試
料と検出器の距離は300mm乃至400mmの間の適
当な距離であった。測定中、入射および散乱X線の空気
による散乱並びに吸収を押さえるために試料と検出器の
間をヘリウムガスで充填した。露光時間は、30分乃至
2時間とした。イメージングプレート上に記録された強
度信号の読みとりは、日本電子株式会社製高精度画像記
録システムを用いて行った。この時読みとりモードはH
S50を指定した。得られた像に対してはバックグラウ
ンド散乱の補正を施した。以上の様な測定法を用いるこ
とにより、鮮明な小角散乱像を撮影することが出来た。 【0035】<密度の測定方法>マイクロメリテックス
製乾式自動密度計アキュピック(ヘリウムガスを用いた
ピクノメータ)を用いて計測した。 【0036】 【実施例】以下、更に実施例を示すが本発明はこれらの
実施例に限定されるものではない。 【0037】<実施例1>米国特許4533693号示
す方法により得られた、30℃のメタンスルホン酸溶液
で測定した固有粘度が24.4dL/gのポリベンゾオキサ
ゾール14.0(重量)%と五酸化リン含量率83.17 %のポ
リリン酸からなる紡糸ドープを紡糸に用いた。ドープは
金属網状の濾材を通過させ、次いで2軸からなる混練装
置で混練と脱泡を行った後、昇圧させ、重合体溶液温度
を170℃に保ち、孔数167を有する紡糸口金から1
70℃で紡出し、温度60℃の冷却風を用いて吐出糸条
を冷却した後、ゴデットロールに巻き付け紡糸条速度を
与え、温度22±2℃に保った10%のリン酸水溶液か
らなる抽出浴中に導入した。引き続いて第二の抽出浴中
でイオン交換水で糸条を洗浄した後、0.1 規定の水酸化
ナトリウム溶液浸漬し中和処理した。さらに水洗浴で洗
浄した後、巻取り、80℃の乾燥オーブン中で乾燥し、
さらに熱処理を行った。結果を表1に示す。本発明の繊
維は従来繊維に比べ際だった弾性率の向上と特異な微細
構造を持つことが認められる。 【0038】 【表1】 【0039】<実施例2>実施例1の繊維を水洗浴で水
洗後、巻き取ることなく乾燥工程を通過せしめた。乾燥
条件を次の通り。第一乾燥オーブン温度190℃乾燥時
間60秒、第二乾燥オーブン温度220℃乾燥時間60
秒、第三乾燥オーブン温度240℃乾燥時間60秒。そ
して乾燥繊維は水分率が0.4 重量%であった。乾燥繊維
はさらに熱処理された。該熱処理繊維の測定結果を表2
に示す。 【0040】 【表2】 【0041】上記表1及び表2より本発明の繊維は従来
の繊維に比し強度と共に著しい弾性率の向上がみられ、
物性上、極めて優れていることが理解される。 【0042】 【発明の効果】本発明は以上、述べたようにこれまで得
られなかった高強度と高弾性率を合わせ持ちかつ特異な
繊維微細構造をもつポリベンザゾール繊維を製造するこ
とができ、その工業的生産を推進して産業用資材として
実用性を高め利用分野を拡大する効果が絶大である。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a high-strength, high-modulus polybenzazole multifilament having excellent strength and elastic modulus, which is used as an industrial material. [0002] Polybenzazole fiber has more than twice the strength and elastic modulus of polyparaphenylene terephthalamide fiber, which is a typical super fiber currently on the market, and is expected as a next-generation super fiber. Have been. [0003] By the way, it is conventionally known to produce fibers from a polyphosphoric acid solution of a polybenzazole polymer.
For example, the spinning method is described in US Pat. No. 5,296,185.
No. 5,385,702, a washing and drying method is proposed in WO09 / 04726, and a heat treatment method is proposed in US Pat. No. 5,296,185. [0004] However, the elastic modulus of the high-strength polybenzazole fiber obtained by the above-mentioned conventional manufacturing method can be maintained even at 350 ° C. or higher as described in US Pat. No. 5,296,185. It is about 290 GPa. Labs report extremely high elastic moduli,
Elastic modulus of 290 GP with 5.0 GPa or more strength
Yarns (a collection of filaments) of a or more have not yet obtained industrial production technology. [0005] The inventors of the present invention have sought to develop a polybenzazole fiber having the ultimate elastic modulus as an organic fiber material, and have started to solve the problem. Rigid polymers such as so-called ladder polymers have been considered as a means for achieving the ultimate elastic modulus. However, such rigid polymers are not flexible and have flexibility and processability as organic fibers. It is essential that the polymer be a linear polymer. [0007] SGWierschke et al.
ciety Symposium Proceedings Vol.134, p.313 (1989)
As shown in (1), cis-type polyparaphenylenebenzobisoxazole has the highest theoretical elastic modulus among linear polymers. This result was also confirmed by Tashiro et al. (Macromolecules. Vol. 24, p. 3706 (1991)). Among polybenzazoles, cis-type polyparaphenylene benzobisoxazole has a crystal elastic modulus of 475 GPa. (P. Galen et al. Material Research Society Symposium
Proceedings Vol. 134, p. 329 (1989)), which was considered to have the ultimate primary structure. Therefore, in order to obtain the ultimate elastic modulus, the use of polyparaphenylene benzobisoxazole as the polymer was a theoretical result. The fiberization of the polymer is disclosed in US Pat.
No. 85, a method described in U.S. Pat. No. 5,385,702, and a heat treatment method is performed by a method proposed in U.S. Pat. No. 5,296,185. The elastic modulus of the yarn obtained by such a method is at most 290 GPa, It only achieves a crystal elastic modulus of 61%. Therefore, the need for research on improvement of these methods was keenly felt, and it was found that desired physical properties could be achieved by the following methods. That is, the yarn discharged from a spinneret, which is a spin dope composed of polyparaphenylene benzobisoxazole (PBO) and polyphosphoric acid, from a spinneret into a so-called air gap (draw zone) has an extremely high elongational viscosity. Rather than the concept of spinning, drawing is more representative of the reality. However, spun-doped PBO molecular chains have a very long molecular relaxation time, whereas polyphosphate molecules have a relatively short relaxation time, which is not irrelevant to the relaxation of the doped molecular chains. For this reason, by controlling the molecular relaxation in the draw zone, the structure is controlled and spun out.
Can further obtain a polybenzazole multifilaments having a high elastic modulus such as a high strength has and has not obtained so far by heat treating the fiber, and the high strength / high modulus polybenzazole Multi Filament
Found that it had microstructural features not available with previous techniques. [0010] Thus, the present invention overcomes the technical difficulties so far, and provides a high-strength high-modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament which approaches a crystal elastic modulus.
(Hereinafter, the fiber of the present invention refers to this multifilament
And to enable its industrial production. [0011] Means for Solving the Problems That is, the present invention for adapting the above object relates to a method of frenzy of manufacturing the above SL multifilament, consisting essentially of poly para-phenylene benzobisoxazole The polymer dope is as follows (1)
- (3) [0012] [number 2] (0.000167 / C × V) 0 . 5 ≦ Q ≦ 0.00022 / C × V
(1) (S × V) /Q≧0.3 (2) 40 × Q 0. 5 ≦ L ≦ 80
× Q 0.5 (3) (where Q is the single-hole discharge amount (g /
Min), V is the spinning speed (m / min), C is the polymer concentration (weight ratio), S is the orifice outlet cross-sectional area (cm 2 ), and L is the length of the draw zone (cm). ) Is introduced into a non-coagulable gas from a spinneret so as to satisfy the conditions shown in (1), the spun yarn obtained is introduced into an extraction bath to extract the phosphoric acid contained in the yarn, and then dried, Winding then 600 ° C
The heat treatment is performed under the above-mentioned temperature under tension. Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The polyparaphenylene benzobisoxazole fiber in the present invention refers to a PBO homopolymer and a random, sequential or block copolymer with a polybenzazole (PBZ) containing substantially 85% or more of a PBO component. Here, the polybenzazole (PBZ) polymer is, for example, a “Liquid Crystalline Polymer C” by Wolfe et al.
ompositions, Process and Products "U.S. Patent No. 4
No. 703103 (October 27, 1987), "Liquid
Crystalline PolymerCompositions, Process and Prod
Ucts, U.S. Patent No. 4,533,692 (August 6, 1985), Liquid Crystalline Poly (2.6-Benzothiazol
e) Compositions, Process and Products "U.S. Patent No. 4,533,724 (August 6, 1985)," Liquid C
rystalline Polymer Compositions, Process and Produ
cts "U.S. Pat. No. 4,533,693 (August 6, 1985)
Sun), Evers "Thermooxidative-ly Stable Articula
ted p-Benzobisoxazole and p-Benzobisoxazole Polyme
rs "U.S. Pat. No. 4,539,567 (November 1, 1982)
6) Tasi et al., “Method for making Heterocyclic Bl
ock Copolymer "U.S. Pat. No. 4,578,432 (198
March 25, 2006). The structural unit contained in the PBZ polymer is preferably selected from a lyotropic liquid crystal polymer. The monomer units consist of the monomer units described in structural formulas (a) to (h), and more preferably consist essentially of the monomer units selected from structural formulas (a) to (c). The following margins are used. Embedded image The following margins are used. Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image Embedded image Suitable solvents for forming the polymer dope consisting essentially of PBO include cresol and non-oxidizing acids capable of dissolving the polymer. Examples of suitable acid solvents include polyphosphoric acid, methanesulfonic acid and concentrated sulfuric acid or mixtures thereof. Further suitable solvents are polyphosphoric acid and methanesulfonic acid. The most suitable solvent is polyphosphoric acid. The concentration of the polymer in the solvent is preferably at least about 7% by weight, more preferably at least 1%.
0% by weight, most preferably at least 14% by weight. The maximum concentration is limited by practical handling properties such as, for example, the solubility and dope viscosity of polyno. Due to their limiting factors, the polymer concentration is usually 20% by weight
Never exceed. A suitable polymer, copolymer or dope is synthesized by a known method. See, for example, Wolfe et al., US Pat. No. 4,533,693 (August 6, 1985);
U.S. Pat. No. 4,772,678 to S. bert et al. (September 20, 1988); U.S. Pat.
(July 11, 1989). According to Gregory et al., U.S. Pat. No. 5,089,959 (February 18, 1992), polymers consisting essentially of PBO can be produced at high reaction rates under relatively high temperature, high shear conditions in a dehydrating acid solvent. High molecular weight is possible. The dope polymerized in this manner is supplied to the spinning section and discharged from the spinneret at a temperature of usually 100 ° C. or higher. The arrangement of the base pores is usually plural in a circumferential or lattice shape, but other arrangements are also possible. Although the number of spinneret pores is particularly limited, the arrangement of the spinneret pores on the spinneret face must maintain a pore density that does not cause fusion between the discharge yarns. The spun yarn needs a sufficient draw zone length as described in US Pat. No. 5,296,185 in order to obtain a sufficient draw ratio (SDR), and requires a relatively high temperature (solidification of the dope). It is preferable that the cooling air is uniformly cooled by a rectified cooling air having a temperature not lower than the spinning temperature. The length (L) of the draw zone needs to be a length that completes solidification in a non-coagulating gas, and is roughly determined by the single hole discharge amount (Q). In order to obtain good fiber properties, the draw-out stress of the draw zone needs to be 2 g / d or more in terms of polymer (assuming that stress is applied only to the polymer). On the other hand, if the yarn residence time in the draw zone becomes longer, the polybenzazole molecular chain has an extremely long relaxation time, but polyphosphoric acid has a relatively short relaxation time. Relaxation has progressed slightly. Since the yarn has an extremely high molecular orientation and a high elastic modulus, a slight relaxation appears as a decrease in the elastic modulus. It has been found that preventing this is a decisive factor in improving physical properties. That is, when the spun yarn obtained by satisfying the following formula is heat-treated, a fiber having physical properties and structure which has not existed conventionally can be obtained. [0029] [number 3] (0.000167 / C × V) 0 . 5 ≦ Q ≦ 0.00022 / C × V
(1) (S × V) /Q≧0.3 (2) 40 × Q 0. 5 ≦ L ≦ 80
× Q 0. 5 (3) [0030] Here Q is the single-hole discharge rate (g / min), V is the spinning rate (m / min), C is the polymer concentration (weight ratio), S is the orifice outlet cross-sectional area (Cm 2 ), L is the length (cm) of the draw zone. The yarn drawn in the draw zone is then led to a coagulation bath (extraction bath). Since the spinning tension is high, there is no need to consider the disturbance of the extraction bath, and the following type of extraction bath may be used. For example, a funnel type, a water tank type, an aspirator type, a waterfall type, or the like can be used. The extract is desirably an aqueous phosphoric acid solution or water. Finally, 99.0% or more, preferably 99.5% or more of the phosphoric acid contained in the yarn is extracted in the extraction bath. There is no particular limitation on the liquid used as the extraction medium in the present invention, but water, methanol, and methanol having substantially no compatibility with polybenzoxazole are preferred.
And so on. Alternatively, the extraction bath may be separated into multiple stages, the concentration of the aqueous phosphoric acid solution may be gradually reduced, and finally, the aqueous solution may be washed with water. Further, the fiber bundle is desirably neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution or the like and washed with water. The extracted yarn is dried immediately or separately and wound up. By subjecting the obtained dried fiber to a heat treatment at a temperature of 600 ° C. or higher under tension, an elastic modulus (290 GPa or higher) which has not been obtained before can be obtained. The fiber has a density of 1.55 or more. Surprisingly, a fiber having such a high elastic modulus can obtain a two-point interference image as shown in FIG. 1 in a small-angle X-ray scattering image. Until now, the spun yarn of the PBO fiber shows only equatorial streak but no regulation in the meridian direction, and the small-angle X-ray scattering image of the fiber (heat-treated yarn) showing a high elastic modulus of PBO is shown in FIG. It has been reported that a four-point interference image is obtained as shown in (SJBai et al., Polymer, vol. 33, p. 2136 (1
992) or S. Kumar et al. Polymer, vol. 35, p. 5408 (1
991)), it is scientifically clear that the fine structure obtained by the present invention is a novel fine structure. The method for measuring the small-angle X-ray scattering and the method for measuring the density were based on the following methods. <Method of measuring small-angle X-ray scattering> A small-angle X-ray scattering image was recorded by the following method. The X-ray to be used for the measurement was a rotor flex RU-200 manufactured by Rigaku Electric Co., Ltd., using a copper counter electrode and an output of 40 kV × 1.
It was generated by driving at 00 mA. The optical system used was a three-slit pinhole small-angle camera. At this time, the nickel foil was placed between the camera and the X-ray generator to monochromatic X-rays.
The sample was obtained by winding a yarn of 3 m to 10 m around a shackle having a width of 3.8 cm, and stood in the direction perpendicular to the x-ray at the center of the goniometer. As a detector, an imaging plate (DLUR-ll) manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd. was used. The distance between the sample and the detector was a suitable distance between 300 mm and 400 mm. During the measurement, the space between the sample and the detector was filled with helium gas to suppress scattering and absorption of incident and scattered X-rays by air. The exposure time was 30 minutes to 2 hours. Reading of the intensity signal recorded on the imaging plate was performed using a high-precision image recording system manufactured by JEOL Ltd. At this time, the reading mode is H
S50 was specified. The resulting image was corrected for background scattering. By using the measurement method as described above, a clear small-angle scattering image could be taken. <Method for Measuring Density> The density was measured using a dry automatic densimeter Acupic (pycnometer using helium gas) manufactured by Micromeritex. The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto. Example 1 14.0% by weight of polybenzoxazole having an intrinsic viscosity of 24.4 dL / g and a phosphorus pentoxide content of 24.4 dL / g measured in a methanesulfonic acid solution at 30 ° C., obtained by the method shown in US Pat. No. 4,533,693. A spinning dope consisting of 83.17% polyphosphoric acid was used for spinning. The dope was passed through a metal mesh filter medium, kneaded and defoamed in a kneading device consisting of two axes, and then the pressure was increased. The temperature of the polymer solution was kept at 170 ° C.
After spinning at 70 ° C and cooling the discharged yarn using cooling air at a temperature of 60 ° C, it is wound around a godet roll to give a spinning speed, and an extraction bath consisting of a 10% phosphoric acid aqueous solution maintained at a temperature of 22 ± 2 ° C. Introduced during. Subsequently, the yarn was washed with ion-exchanged water in a second extraction bath, and then immersed in a 0.1 N sodium hydroxide solution to neutralize the yarn. After further washing in a washing bath, winding and drying in a drying oven at 80 ° C,
Further, heat treatment was performed. Table 1 shows the results. It is recognized that the fiber of the present invention has a remarkably improved elastic modulus and a unique microstructure as compared with the conventional fiber. [Table 1] Example 2 The fiber of Example 1 was washed with a washing bath, and then passed through a drying step without winding. The drying conditions are as follows. First drying oven temperature 190 ° C drying time 60 seconds, second drying oven temperature 220 ° C drying time 60
Second drying oven temperature 240 ° C Drying time 60 seconds. The moisture content of the dried fiber was 0.4% by weight. The dried fibers were further heat treated. Table 2 shows the measurement results of the heat-treated fibers.
Shown in [Table 2] From the above Tables 1 and 2, the fiber of the present invention shows a remarkable improvement in strength and elastic modulus as compared with the conventional fiber.
It is understood that the material is extremely excellent in physical properties. As described above, according to the present invention, it is possible to produce a polybenzazole fiber having a combination of high strength and a high elastic modulus and a unique fiber microstructure which could not be obtained until now. The effect of promoting industrial production and increasing the practicality as an industrial material and expanding the field of use is enormous.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のPBO繊維の特異な小角X線散乱像で
ある。 【図2】従来のPBO繊維に認められる小角X線散乱像
である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a peculiar small-angle X-ray scattering image of the PBO fiber of the present invention. FIG. 2 is a small-angle X-ray scattering image observed in a conventional PBO fiber.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】実質的にポリパラフエニレンベンゾビスオ
キサゾールからなるポリマーのドープを下記(1)〜
(3)式 【数1】 (但し、式中Qは単孔吐出量(g/分)、Vは紡糸速度
(m/分)、Cは溶媒中のポリマー濃度(重量比)、S
はオリフィス出口断面積(cm)、Lはドローゾーン
の長さ(cm)である。)を満足するように紡糸口金か
ら非凝固性の気体中に押し出して得られた紡出糸を抽出
浴中に導入して糸条が含有するリン酸を抽出した後、乾
燥、巻取りを行ない次いで600℃以上の温度で、張力
下に熱処理することを特徴とする高弾性率ポリパラフエ
ニレンベンゾビスオキサゾールマルチフィラメントの製
造法。
(57) [Claims 1] The polymer dope consisting essentially of polyparaphenylenebenzobisoxazole is doped with the following (1) to
(3) Equation (1) (Where Q is the single-hole discharge amount (g / min), V is the spinning speed (m / min), C is the polymer concentration in the solvent (weight ratio), S
Is the orifice outlet cross-sectional area (cm 2 ), and L is the length of the draw zone (cm). The spun yarn obtained by extruding into a non-coagulable gas from the spinneret so as to satisfy the above condition) is introduced into an extraction bath to extract the phosphoric acid contained in the yarn, followed by drying and winding. Next, a method for producing a high-modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament , which is heat-treated under tension at a temperature of 600 ° C. or higher.
JP15831395A 1994-07-27 1995-05-31 Method for producing high modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament Expired - Lifetime JP3480128B2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15831395A JP3480128B2 (en) 1995-05-31 1995-05-31 Method for producing high modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament
TW084107363A TW281694B (en) 1994-07-27 1995-07-17 High elasticity polybenzazole fibre and high elasticity polyparaphenylene benzo bisoxazole fibre
KR1019950021516A KR100368965B1 (en) 1994-07-27 1995-07-21 High modulus polybenzazole fiber
KR1020020047665A KR100392247B1 (en) 1994-07-27 2002-08-13 High elasticity polyparaphenylene benzobisoxazole fibre

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15831395A JP3480128B2 (en) 1995-05-31 1995-05-31 Method for producing high modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08325840A JPH08325840A (en) 1996-12-10
JP3480128B2 true JP3480128B2 (en) 2003-12-15

Family

ID=15668911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15831395A Expired - Lifetime JP3480128B2 (en) 1994-07-27 1995-05-31 Method for producing high modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3480128B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6040050A (en) * 1997-06-18 2000-03-21 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Polybenzazole fiber having high tensile modulus and process of manufacture thereof
KR20000061085A (en) * 1999-03-23 2000-10-16 시바타 미노루 High elastic modulus polybenzazole filer and method for production thereof
DE60128915T2 (en) * 2000-04-28 2008-02-14 Toyo Boseki K.K. POLYBENZAZO FIBER AND ITS USE

Also Published As

Publication number Publication date
JPH08325840A (en) 1996-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0885987B1 (en) Polybenzazole fiber having high tensile modulus and process of manufacture thereof
US5525638A (en) Process for the preparation of polybenzazole filaments and fibers
JP3613719B2 (en) Method for producing polybenzazole fiber
KR100866465B1 (en) Polybenzazole Fiber
JP3140779B2 (en) Method for spinning poly (p-phenylene terephthalamide) fiber exhibiting high tenacity and high breaking elongation
EP0783603B1 (en) Process for the preparation of polybenzazole filaments and fibres
EP0776387B1 (en) Process of making polybenzazole staple fibers
JP3480128B2 (en) Method for producing high modulus polyparaphenylene benzobisoxazole multifilament
JPH0978350A (en) Production of polybenzazole fiber and polybanzazole intermediately dried fiber
US5756031A (en) Process for preparing polybenzazole filaments and fiber
JP3508876B2 (en) High modulus polybenzazole fiber
JP3265579B2 (en) Method for producing low-denier polybenzazole fiber
JP3541966B2 (en) Method for producing nonwoven fabric of polybenzazole fiber
JP4009885B2 (en) High modulus polybenzazole fiber and process for producing the same
JP3801734B2 (en) High modulus polybenzazole fiber and process for producing the same
JP3565297B2 (en) Method and apparatus for producing polybenzazole fiber
KR100392247B1 (en) High elasticity polyparaphenylene benzobisoxazole fibre
JP3702979B2 (en) Black polybenzazole fiber
KR20080022832A (en) Aromatic polyamide filament and method of manufacturing the same
KR20240048273A (en) Para based aramid fiber and preparation method thereof
KR20220135880A (en) Method for producing composite fiber
KR20220135879A (en) Composite fiber
JP3386239B2 (en) Method for producing crimped short polybenzazole fiber
JP3744617B2 (en) Method for producing fine polybenzazole multifilament
JP3120913B2 (en) Heat treatment method of polybenzazole fiber

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071010

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081010

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081010

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091010

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091010

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101010

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131010

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term