JP4706120B2

JP4706120B2 - 高強度複合繊維

Info

Publication number: JP4706120B2
Application number: JP2001123079A
Authority: JP
Inventors: 剛志柴田; 幸治菅埜; 基忠福原
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP2002317334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、耐疲労性に優れた高強力高弾性率を有する複合繊維に関するものであり、その利用分野は、一般産業用資材、特にロープ、ゴム補強、ジオテキスタイル、ＦＲＣ用途、コンピューターリボン、プリント基盤用基布、エアーバッグ、バッグフィルター、スクリーン紗等に幅広く活用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融液晶形成性ポリエステル繊維は、例えば特開昭６１−１７４４０８号公報にあるように、分子鎖が繊維軸方向に高度に配向しているために、高強力高弾性率を有することが知られている。しかしながら、繊維軸に直角な方向では弱い分子間力が働くのみであるため、摩擦により容易にフィブリルが発生し、張力低下を引き起こして破損に至るなどトラブルの原因となっていた。また、座屈によるキンクバンドが発生し易く、かつそれが局在化する傾向があることから耐疲労性の低いものであった。これらの欠点を改善する目的で、芯成分が溶融液晶形成性ポリエステル、鞘成分がポリフェニレンスルフィドからなる複合繊維が特開平１−２２９８１５号公報で提案されている。さらに特開平４−１７４７２２号公報ではポリフェニレンスルフィド樹脂を重合後に酸洗浄を行い、主鎖型液晶樹脂と複合紡糸することにより界面剥離の生じにくい複合繊維の製造法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述されている如く、芯鞘構造にすることで、耐フィブリル化性、耐摩耗性が改良されるのは事実であるが、鞘成分のポリフェニレンスルフィド樹脂はゲル化し易く経時変化による複合異常、吐出孔詰まりなどの問題が発生し操業上問題となりやすいことがわかった。また、鞘成分の屈曲性高分子であるポリフェニレンスルフィド樹脂は、各種の改質を施したとしてもなお液晶ポリエステルとの親和性に乏しく、かつ未延伸状態のままであるため、鞘の剥離等の問題がしばしば生じていた。本発明は、鋭意検討を行った結果、鞘の剥離、耐フィブリル化性、耐疲労性および紡糸時における複合異常、吐出孔詰まりなどの発生が改善されることを見いだしたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、芯成分が溶融液晶形成性ポリエステルからなり、鞘成分の８０モル％以上がポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレートからなる複合繊維であって、該複合繊維が窒素ガス雰囲気中で、芯成分の融点マイナス４０℃以下から鞘成分の融点以下まで順次昇温する条件で熱処理されてなる高強度複合繊維により達成される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の芯成分である溶融液晶形成性ポリエステルとは、加熱して溶融した際に光学的異方性を呈するポリエステルを指す。この特性は、例えば、試料をホットステージにのせ、窒素雰囲気下で昇温加熱し、偏光顕微鏡で試料の透過光を観察することにより認定できる。
【０００６】
溶融液晶形成性ポリエステルとしては、例えばＡ．芳香族オキシカルボン酸の重合物、Ｂ．芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオール、脂肪族ジオールの重合物、Ｃ．ＡとＢとの共重合物などがあげられる。また、溶融液晶形成性ポリエステルの重合処方は従来公知の方法を用いることができる。
【０００７】
ここで、芳香族オキシカルボン酸としては、ヒドロキシ安息香酸、ヒドロキシナフトエ酸など、または上記芳香族オキシカルボン酸のアルキル、アルコキシ、ハロゲン置換体などが挙げられる。また、芳香族ジカルボン酸としてはテレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、ジフェニルエタンジカルボン酸など、または上記芳香族ジカルボン酸のアルキル、アルコキシ、ハロゲン置換体などが挙げられる。
【０００８】
芳香族ジオールとしては、ハイドロキノン、レゾルシン、ジオキシジフェニール、ナフタレンジオールなど、または上記芳香族アルキル、アルコキシ、ハロゲン置換体などが挙げられる。また、脂肪族ジオールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコールなどが挙げられる。
【０００９】
本発明においては、前記のモノマーなどを重合したポリエステルを広く用いることができる。その好ましい例として、ｐ−ヒドロキシ安息香酸成分とエチレンテレフタレート成分とが共重合されたもの、ｐ−ヒドロキシ安息香酸成分と４，４−ジヒドロキシビフェニルとテレフタル酸またはイソフタル酸とが共重合されたもの、ｐ−ヒドロキシ安息香酸成分と６−ヒドロキシ２−ナフトエ酸成分とが共重合されたもの、ｐ−ヒドロキシ安息香酸成分と６−ヒドロキシ２−ナフトエ酸成分とハイドロキノンとテレフタル酸とが共重合されたものなどを用いることができる。
【００１０】
溶融液晶形成性ポリエステルは、融点（以下ＭＰ）が２６０〜３６０℃の範囲のものが好ましく、さらに好ましくはＭＰが２７０〜３５０℃のものである。ＭＰの測定は、示差走査熱量計（パーキンエルマー社製ＤＳＣ）で観察される主吸熱ピークがあらわれる温度を測定することにより行った。
【００１１】
本発明の鞘成分であるポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレートとは、テレフタル酸を主たる酸成分とし、１，４−シクロヘキサンジメタノールを主たるグリコール成分として得られるポリエステルである。ただし、２０モル％、より好ましくは１０モル％以下の割合で、エステル結合を形成可能な他の共重合成分を含むものであっても良い。共重合可能な化合物には、酸性分として例えばイソフタル酸、コハク酸、シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、ダイマ酸、セバシン酸などのジカルボン酸類、一方，グリコール成分として例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを上げることができるが、これらに限られるものではない。
【００１２】
本発明に用いられる芯成分ポリマー及び鞘成分ポリマーに、本発明の効果を損なわない範囲内で、ポリエチレンテレフタレート、変性ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリアミド、ポリエステルエーテルケトン、フッソ樹脂等の熱可塑性ポリマーを添加しても良い。また、酸化チタンやカオリン、シリカ、酸化バリウム等の無機物、カーボンブラック、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の各種添剤を添加しても良い。
【００１３】
本発明の複合繊維は、公知の芯鞘複合紡糸口金により得られる。得られる繊維の横断面形状としては、芯成分が単に丸形だけでなく、異形断面や多芯構造の複合形態も含まれ、例えば図１のものが含まれる。
【００１４】
本発明の複合繊維は芯鞘比率が９０／１０〜５０／５０の範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは８０／２０〜７０／３０の範囲である。鞘成分比率は、芯成分を十分被覆し、摩擦や摩耗によるフィブリル化を防止するため、１０％以上が好ましい。また、高強度・高弾性率繊維とするためには、５０％以下が好ましい。
【００１５】
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、弛緩熱処理あるいは緊張熱処理により性能を更に向上させることが出来る。
【００１６】
熱処理は、窒素ガス雰囲気中で行われる。熱処理雰囲気は露点が−４０℃以下の低湿気体が好ましい。熱処理条件としては、芯成分の融点マイナス４０℃以下から鞘成分の融点以下まで順次昇温して行く温度パターンで行う。さらに処理時間は、目的性能により数分から数十時間行われる。
【００１７】
熱処理時における熱の供給は、気体等の媒体を用いる方法、加熱板、赤外線ヒーター等による輻射を利用する方法、熱ローラー、熱プレート等に接触させて行う方法、高周波等を利用した内部加熱方法等が使用できる。また、熱処理は目的により緊張下あるいは無緊張下で行ない、形状はカセ状、トウ状（例えば、金属網等にのせて行う）、あるいはローラー間で連続的に処理することも可能である。さらに、繊維の形態はフィラメント状あるいはカットファイバー状いずれも可能である。緊張熱処理は、芯成分の融点マイナス６０℃以下の温度で、切断強力の５〜５０％の張力をかけた状態で行うことが好ましく、この処理により弾性率はさらに改善される。
【００１８】
以上のように、本発明により製造される繊維は、高強力・高弾性率の特徴を保持し耐フィブリル化性、耐疲労性、難燃性、摩擦防融性が著しく改善されたものであり、かつ染色も可能であるため、一般産業用資材、土木・建築資材、スポーツ用途、防護衣、ゴム補強資材、電気材料（特に、テンションメンバーとして）、音響材料等の分野で広く用いられるが、特に織物の形態で使用する用途に適している。特に有効な用途としては、スクリーン紗、コンピュターリボン、プリント基盤用基布、紗紙用のカンバス、エアーバッグ、飛行船、ドーム用等の基布、ライダースーツ、釣糸、各種ライン（ヨット、パラグライダー、気球、凧糸）、ＰＥＴ用鎖代替糸、ブラインドコード、網戸用支持コード、自動車や航空機内各種コード、電気製品やロボットの力伝達コード等がある。
【００１９】
【実施例】
以下実施例により本発明をより詳細に説明する。なお実施例中の強伸度、弾性率はＪＩＳＬ１０１３に準じオリエンテック社製テンシロンＵＣＴ−１００を用いて測定した。
【００２０】
実施例１
芯成分の溶融液晶形成性ポリエステルとしてｐ−アセトキシ安息香酸から生成した構造単位(1)と４，４−ジヒドロキシビフェニルとテレフタル酸から生成した構造単位(2)とエチレングリコールとテレフタル酸から生成したポリエステルの構造単位(3)からなり、構造単位(1)が全体の８０モル％、構造単位(2)と構造単位(3)の合計が２０モル％を占め、構造単位(2)／(3)のモル比が３／５である液晶形成性ポリエステルを用いた。。
【００２１】
鞘成分としては、実質的にポリシクロヘキサンテレフタレート（イーストマンケミカル社製Ｔｈｅｒｍｘ品番３８７９）からなるポリマーを使用した。
【００２２】
溶融液晶形成性ポリエステル樹脂を芯、ポリシクロヘキサンテレフタレート樹脂を鞘として、芯鞘複合比率６５／３５、紡糸温度３２０℃、ノズル径０．１３ｍｍφ、１０ホールの口金より吐出し、紡糸速度１０００ｍ／分で紡糸し、５０ｄｔｅｘのフィラメントを得た。このとき、吐出孔詰まり、吐出曲がりなどなく良好な巻き取り糸を得ることができた。得られた紡糸原糸の性能は、強度５．６ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２．１％、弾性率４５０ｃＮ／ｄｔｅｘであった。この紡糸原糸を２５０℃で２時間、２６０℃で２時間、２７０℃で６時間窒素ガス雰囲気中で熱処理した。得られた熱処理糸は、繊維間膠着は殆ど無く、以下の性能を有していた。
強度１８．２ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度３．２％、弾性率５４５ｃＮ／ｄｔｅｘ
実施例２
芯成分の溶融液晶形成性ポリエステルとして、ｐ−ヒドロキシ安息香酸６０モル％、４，４−ジヒドロキシビフェニル２０モル％、テレフタル酸１０モル％、イソフタル酸１０モル％である溶融液晶形成性ポリエステルを用いた以外、実施例１と同様の方法により７０ｄｔｅｘのフィラメントを得た。このとき、吐出孔詰まり、吐出曲がりなど無く良好な巻き取り糸を得ることができた。得られた紡糸原糸の性能は、強度３．６ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度１．９％、弾性率４２０ｃＮ／ｄｔｅｘであった。この紡糸原糸を２５０℃で２時間、２６０℃で２時間、２７０℃で６時間窒素ガス雰囲気中で熱処理した。得られた熱処理糸は、繊維間膠着は殆ど無く、以下の性能を有していた。
強度１６．２ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２．８％、弾性率５９３ｃＮ／ｄｔｅｘ
実施例３
芯成分の溶融液晶形成性ポリエステルとしてｐ−ヒドロキシ安息香酸成、２，６−ヒドロキシナフトエ酸が７２／２８モル％である溶融液晶形成性ポリエステル樹脂を用いた以外、実施例１と同様の方法により５０ｄｔｅｘのフィラメントを得た。このとき、吐出孔詰まり、吐出曲がりなど無く良好な巻き取り糸を得ることができた。得られた紡糸原糸の性能は、強度８．６ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２．２％、弾性率４５ｃＮ／ｄｔｅｘであった。この紡糸原糸を２５０℃で２時間、２６０℃で２時間、２７０℃で６時間窒素ガス雰囲気中で熱処理した。得られた熱処理糸は、繊維間膠着は殆ど無く、以下の性能を有していた。
強度１７．４ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２．４％、弾性率５３０ｃＮ／ｄｔｅｘ
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、溶融液晶形成性ポリエステルの高強度・高弾性率を有し、かつ表面フィブリル化がおこらず、耐摩耗性、耐疲労性にすぐれている繊維を提供することに成功したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な複合繊維の断面図である。

Claims

芯成分が溶融液晶形成性ポリエステルからなり、鞘成分の８０モル％以上がポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレートからなる複合繊維であって、該複合繊維が窒素ガス雰囲気中で、芯成分の融点マイナス４０℃以下から鞘成分の融点以下まで順次昇温する条件で熱処理されてなる高強度複合繊維。
芯鞘複合繊維の芯鞘複合比率が９０／１０〜５０／５０であることを特徴とする請求項１記載の高強度複合繊維。