JP4929922B2 - Method for producing polybenzazole fiber and polybenzazole fiber - Google Patents
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Description
本発明は、ポリベンザゾール繊維に関するものであり、詳しくは、従来のポリベンザゾール繊維に比べて、繊維の切断、フェルト化などの後加工性に優れ、産業用資材のみならず、ポリベンザゾール繊維の耐熱性、難燃性を生かした様々な用途への展開が可能なポリベンザゾール繊維の製造方法に関する。 The present invention relates to a polybenzazole fiber, and more specifically, is superior in post-processability such as fiber cutting and felting compared to conventional polybenzazole fibers, and not only industrial materials but also polybenzazole. The present invention relates to a method for producing a polybenzazole fiber that can be used in various applications utilizing the heat resistance and flame retardancy of the fiber.
ポリベンザゾール繊維は、ポリベンゾオキサゾールやポリベンゾチアゾールポリマーと酸溶媒を含むドープを紡糸口金より押し出した後、凝固性液体(例えば、水、または水と無機酸の混合液)中に浸漬して凝固させ、次いで酸溶媒を除去するために、水洗浴中で洗浄し、さらに無機塩基の水溶液槽を通して糸中に残っている酸を中和した後、乾燥する方法によって製造されている(例えば、特許文献1)。
ポリベンザゾール繊維は強度、弾性率、耐熱性、難燃性、全ての点において有機繊維の中で最高レベルの性能を有しているため、これらの特徴を生かしたさまざまな用途に展開されている。しかしながら、耐熱性、難燃性を生かした用途の中では、ポリベンザゾール繊維の高強度、高弾性率がゆえに、繊維の切断が容易でないため、後加工性が悪く、後加工性の向上が望まれている。 Polybenzazole fiber has the highest level of performance among organic fibers in all respects, such as strength, elastic modulus, heat resistance, flame retardancy, and has been developed for various applications that take advantage of these characteristics. Yes. However, in applications that make use of heat resistance and flame retardancy, because of the high strength and high elastic modulus of polybenzazole fiber, it is not easy to cut the fiber, so post-processability is poor and post-processability is improved. It is desired.
後加工性を向上させる方法として、繊維の強度を大幅に低下させる方法が考えられる。ポリベンザゾール繊維の強度を大幅に低下させる方法としては、ポリマーの濃度や分子量を低下させる、あるいは、繊維を高温で長時間熱処理する、などの方法が考えられる。しかしながら、ポリマーの濃度や分子量を低下させると、紡糸時の糸切れが発生しやすくなる、通常銘柄の生産との切り替えロスが発生する、ドープの粘度挙動も大きく変化するため、紡糸条件も変更する必要があるなど、操業性が悪化する問題がある。一方、繊維を高温で長時間熱処理するには、高温の炉が必要となり、多大なエネルギーを必要とするため問題である。 As a method for improving the post-processability, a method for significantly reducing the strength of the fiber can be considered. As a method for significantly reducing the strength of the polybenzazole fiber, a method of reducing the concentration and molecular weight of the polymer or heat-treating the fiber at a high temperature for a long time can be considered. However, if the polymer concentration or molecular weight is reduced, yarn breakage is likely to occur during spinning, loss of switching from normal brand production occurs, and the viscosity behavior of the dope changes greatly, so the spinning conditions are also changed. There is a problem that operability deteriorates. On the other hand, in order to heat treat the fiber at a high temperature for a long time, a high-temperature furnace is required, which is a problem because a large amount of energy is required.
ポリベンザゾール繊維の優れた耐熱性、難燃性を維持したままで、強度を大幅に低下させたポリベンザゾール繊維が望まれており、プロセス条件を大幅に変更する必要がなく、切り替えロスの発生を可能な限り抑え、操業性が悪化する問題がない、後加工性に優れたポリベンザゾール繊維及びその製造方法が望まれていた。 There is a need for polybenzazole fibers that have greatly reduced strength while maintaining the excellent heat resistance and flame retardancy of polybenzazole fibers. There has been a demand for a polybenzazole fiber excellent in post-processability and a method for producing the same, which suppresses generation as much as possible and does not have a problem of deterioration in operability.
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、ポリベンザゾール繊維の優れた耐熱性、難燃性を維持したままで、後加工性を向上させたポリベンザゾール繊維の製造方法を提供することであり、製造プロセス条件を大幅に変更する必要がなく、切り替えロスの発生を可能な限り抑えた、さらに、高温での長時間熱処理などの必要もない、ポリベンザゾール繊維の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for producing a polybenzazole fiber with improved post-processability while maintaining the excellent heat resistance and flame retardancy of the polybenzazole fiber. A method for producing polybenzazole fibers that does not require significant changes in production process conditions, suppresses switching loss as much as possible, and does not require long-time heat treatment at high temperatures. Is to provide.
本発明は、以下の構成を採用する。すなわち、
(1)ポリベンザゾールを溶媒に溶解したポリベンザゾールドープを紡糸口金から紡出させ、紡出されたドープフィラメントをポリベンザゾールの凝固剤を含有する液体中(凝固浴)に浸漬して凝固処理するポリベンザゾール繊維の製造方法において、紡出されたドープフィラメントを、ポリベンザゾール凝固剤の蒸気に接触させて後、凝固浴に浸漬することを特徴とするポリベンザゾール繊維の製造方法。
(2)ポリベンザゾールの凝固剤が水である第1に記載のポリベンザゾール繊維の製造方法。
(3)ポリベンザゾールの溶媒がポリ燐酸又はメタンスルホン酸である第1又は2に記載のポリベンザゾール繊維の製造方法。
(4)第1〜3のいずれかに記載のポリベンザゾール繊維の製造方法によって得られ、ポリベンザゾール繊維の断面が光学顕微鏡によってシース層とコア層とに識別され、かつコア層の平均直径r2の繊維断面直径r1に対する比率R(%)が90%以下であることを特徴とするポリベンザゾール繊維。
The present invention employs the following configuration. That is,
(1) A polybenzazole dope in which polybenzazole is dissolved in a solvent is spun from a spinneret, and the spun dope filament is immersed in a liquid (coagulation bath) containing a polybenzazole coagulant to coagulate. A method for producing a polybenzazole fiber, wherein the spun dope filament is brought into contact with a vapor of a polybenzazole coagulant and then immersed in a coagulation bath.
(2) The method for producing a polybenzazole fiber as described in the first item, wherein the polybenzazole coagulant is water.
(3) The method for producing a polybenzazole fiber according to the first or second aspect, wherein the polybenzazole solvent is polyphosphoric acid or methanesulfonic acid.
(4) Obtained by the method for producing a polybenzazole fiber according to any one of (1) to (3), wherein the cross section of the polybenzazole fiber is identified by an optical microscope as a sheath layer and a core layer, and the average diameter of the core layer A polybenzazole fiber, wherein a ratio R (%) of r 2 to fiber cross-sectional diameter r 1 is 90% or less.
本発明の製造方法によれば、ポリベンザゾール繊維の優れた耐熱性、難燃性を維持したままで、強度を大幅に低下させたポリベンザゾール繊維を、プロセス条件を大幅に変更する必要がなく、切り替えロスの発生を可能な限り抑えて製造することができる。
得られた繊維は、従来になく繊維の切断、フェルト化などの後加工性に優れるため、耐熱性や難燃性が要求される様々な用途に利用可能となった。
According to the production method of the present invention, it is necessary to significantly change the process conditions of the polybenzazole fiber whose strength is greatly reduced while maintaining the excellent heat resistance and flame retardancy of the polybenzazole fiber. Therefore, it is possible to manufacture with the occurrence of switching loss as much as possible.
The obtained fiber is excellent in post-processing properties such as fiber cutting and felting, and it can be used in various applications requiring heat resistance and flame retardancy.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係るポリベンザゾール繊維とは、ポリベンザゾールポリマーよりなる繊維をいい、ポリベンザゾール(以下、PBZともいう)とは、ポリベンゾオキサゾール(以下、PBOともいう)、ポリベンゾチアゾール(以下、PBTともいう)、またはポリベンズイミダゾール(以下、PBIともいう)から選ばれる1種以上のポリマーをいう。本発明においてPBOは芳香族基に結合されたオキサゾール環を含むポリマーをいい、その芳香族基は必ずしもベンゼン環である必要はなく、ビフェニレン基、ナフチレン基などであってもよい。PBOは芳香族基に結合されたオキサゾール環を含むポリマーをいうが、その芳香族基は必ずしもベンゼン環である必要は無い。さらにPBOは、ポリ(p−フェニレンベンゾビスオキサゾール)のホモポリマーのみならず、ポリ(p−フェニレンベンゾビスオキサゾール)のフェニレン基の一部がピリジン環などの複素環に置換されたコポリマーや芳香族基に結合された複数のオキサゾール環の単位からなるポリマーが広く含まれる。このことは、PBTやPBIの場合も同様である。また、PBO、PBT及びPBIの二種またはそれ以上の混合物、PBO、PBT及びPBIの二種またはそれ以上のブロックもしくはランダムコポリマー及びこれらのポリベンザゾールポリマーの混合物、コポリマー、ブロックポリマーなども含まれる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The polybenzazole fiber according to the present invention refers to a fiber made of a polybenzazole polymer, and the polybenzazole (hereinafter also referred to as PBZ) refers to polybenzoxazole (hereinafter also referred to as PBO) or polybenzothiazole (hereinafter referred to as PBOZ). , PBT), or polybenzimidazole (hereinafter also referred to as PBI). In the present invention, PBO refers to a polymer containing an oxazole ring bonded to an aromatic group, and the aromatic group is not necessarily a benzene ring, and may be a biphenylene group, a naphthylene group, or the like. PBO refers to a polymer containing an oxazole ring bonded to an aromatic group, but the aromatic group is not necessarily a benzene ring. Furthermore, PBO is not only a homopolymer of poly (p-phenylenebenzobisoxazole) but also a copolymer or aromatic in which a part of the phenylene group of poly (p-phenylenebenzobisoxazole) is substituted with a heterocyclic ring such as a pyridine ring. Polymers consisting of a plurality of oxazole ring units bonded to a group are widely included. The same applies to PBT and PBI. Also included are two or more mixtures of PBO, PBT and PBI, two or more block or random copolymers of PBO, PBT and PBI, and mixtures of these polybenzazole polymers, copolymers, block polymers, etc. .
PBZポリマーに含まれる構造単位としては、好ましくは、特定濃度で液晶を形成するライオトロピック液晶ポリマーから選択される。当該ポリマーは構造式(a)〜(h)に記載されているモノマー単位からなり、好ましくは、本質的に構造式(a)〜(d)から選択されたモノマー単位からなるものである。また、これらのモノマー単位において、アルキル基やハロゲン基などの置換基を有するモノマー単位を一部含んでもよい。 The structural unit contained in the PBZ polymer is preferably selected from lyotropic liquid crystal polymers that form liquid crystals at a specific concentration. The polymer consists of monomer units described in structural formulas (a) to (h), and preferably consists essentially of monomer units selected from structural formulas (a) to (d). In addition, these monomer units may partially include monomer units having a substituent such as an alkyl group or a halogen group.
ポリマーのドープを形成するための好適溶媒としては、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、ポリ燐酸、メタンスルホン酸及び高濃度の硫酸或いはそれ等の混合物があげられる。更に適する溶媒は、ポリ燐酸及びメタンスルホン酸である。また最も適する溶媒は、ポリ燐酸である。 Suitable solvents for forming the polymer dope include cresol and non-oxidizing acids that can dissolve the polymer. Examples of suitable acid solvents include polyphosphoric acid, methanesulfonic acid and high concentrations of sulfuric acid or mixtures thereof. Further suitable solvents are polyphosphoric acid and methanesulfonic acid. The most suitable solvent is polyphosphoric acid.
ドープ中のポリマー濃度は好ましくは少なくとも約7質量%であり、より好ましくは少なくとも10質量%、特に好ましくは少なくとも14質量%である。最大濃度は、例えばポリマーの溶解性やドープ粘度といった実際上の取り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質量%を越えることはない。 The polymer concentration in the dope is preferably at least about 7% by weight, more preferably at least 10% by weight, particularly preferably at least 14% by weight. The maximum concentration is limited by practical handling properties such as polymer solubility and dope viscosity. Due to their limiting factors, the polymer concentration usually does not exceed 20% by weight.
本発明において、好適なポリマーまたはコポリマーとドープは公知の方法で合成される。例えばWolfeらの米国特許第4,533,693号明細書(1985.8.6)、Sybertらの米国特許第4,772,678号明細書(1988.9.22)、Harrisの米国特許第4,847,350号明細書(1989.7.11)またはGregoryらの米国特許第5,089,591号明細書(1992.2.18)に記載されている。要約すると、好適なモノマーは非酸化性で脱水性の酸溶液中、非酸化性雰囲気で高速撹拌及び高剪断条件のもと約60℃から230℃までの段階的または一定昇温速度で温度を上げることで反応させられる。 In the present invention, suitable polymers or copolymers and dopes are synthesized by known methods. For example, Wolfe et al. US Pat. No. 4,533,693 (1985.8.6), Sybert et al. US Pat. No. 4,772,678 (1988.9.22), Harris US Pat. No. 4,847,350 (1989.7.11) or Gregory et al. U.S. Pat. No. 5,089,591 (1992.2.18). In summary, suitable monomers are heated in a non-oxidizing, dehydrating acid solution at a stepwise or constant rate of heating from about 60 ° C. to 230 ° C. under high-speed stirring and high shear conditions in a non-oxidizing atmosphere. It is made to react by raising.
この様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良い。口金細孔数は特に限定されないが、紡糸口金面における紡糸細孔の配列は、紡出糸条(ドープフィラメント)間の融着などが発生しないような孔密度を保つことが肝要である。 The dope polymerized in this way is supplied to the spinning section and discharged from the spinneret at a temperature of usually 100 ° C. or higher. A plurality of base pores are usually arranged in a circumferential shape or a lattice shape, but other arrangements may be used. The number of nozzle holes is not particularly limited, but it is important that the arrangement of the spinning holes on the spinneret surface has a hole density that does not cause fusion between the spun yarns (dope filaments).
紡出糸条は十分な延伸比(SDR)を得るため、米国特許第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要求され、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かかるとして)2.2g/dtex以上が望ましい。 In order to obtain a sufficient draw ratio (SDR), the spun yarn needs a sufficiently long draw zone length as described in US Pat. No. 5,296,185, and has a relatively high temperature (above the solidification temperature of the dope). It is desirable that the air is uniformly cooled with a rectified cooling air having a temperature equal to or lower than the spinning temperature. The length (L) of the draw zone is required to be a length that completes solidification in a non-solidifying gas, and is roughly determined by the single-hole discharge amount (Q). In order to obtain good fiber properties, it is desirable that the draw zone take-out stress is 2.2 g / dtex or more in terms of polymer (assuming that only the polymer is stressed).
本発明に係るポリベンザゾール繊維の製造方法の最大の特徴は、溶媒を含むポリベンザゾールドープを紡糸口金から押し出したドープフィラメントを、凝固液含有液体中に浸漬して凝固させる前に、ドープフィラメントを凝固液蒸気雰囲気中を通過させるか、ドープフィラメントに凝固液蒸気を噴きつけるかなどして、凝固剤の蒸気と積極的に接触させる蒸気処理を施すことである。
ポリベンザゾールの凝固剤としては、水、メタノール、エタノール、アセトン、エチレングリコールの少なくとも1種が好ましく、簡便性の点で、水がより好ましい。
The greatest feature of the method for producing the polybenzazole fiber according to the present invention is that the dope filament obtained by extruding the polybenzazole dope containing the solvent from the spinneret into the coagulating liquid-containing liquid is solidified. Is passed through the atmosphere of the coagulating liquid vapor, or the coagulating liquid vapor is sprayed on the dope filament, etc., and a steam treatment for positively contacting with the coagulant vapor is performed.
As a coagulant for polybenzazole, at least one of water, methanol, ethanol, acetone, and ethylene glycol is preferable, and water is more preferable in terms of simplicity.
蒸気処理方法は、特に限定されないが、例えば、水の場合、水蒸気雰囲気中を通過させる方法としては酸溶媒を含むポリベンザゾールドープを紡糸口金から押し出した後、水蒸気で満たした筒の中を通過させる方法が挙げられ、水蒸気を噴きつける方法としては、例えば、紡糸口金から押し出した酸溶媒を含むポリベンザゾールドープにスリットノズルを用いて蒸気を噴きつける方法が挙げられる。
この蒸気処理により、繊維強度を低下させることができる。繊維強度が低下する理由は明確ではないが、繊維の結晶構造の変化が主な理由と考えられ、凝固液が水の場合は、ポリマーの加水分解の促進も考えられる。
Although the steam treatment method is not particularly limited, for example, in the case of water, as a method of passing through a steam atmosphere, a polybenzazole dope containing an acid solvent is extruded from a spinneret and then passed through a tube filled with steam. Examples of the method for spraying water vapor include a method for spraying steam using a slit nozzle onto a polybenzazole dope containing an acid solvent extruded from a spinneret.
This steam treatment can reduce the fiber strength. The reason why the fiber strength decreases is not clear, but it is considered that the change in the crystal structure of the fiber is the main reason. When the coagulation liquid is water, the hydrolysis of the polymer may be accelerated.
本発明における蒸気処理は、ドープフィラメントを前記の液体の蒸気を含む気体(空気)に積極的に接触させるため、ドープフィラメント中に凝固剤が繊維内部全体にわたって急激に浸透、拡散し、凝固核のようなものが繊維中心部方向に形成されるのではないかと考えられる。繊維化した後に繊維断面を観察すると、驚くべきことに、構造形成開始のタイミングの違いに基づいて発生したと考えられる境界線が認められ、いわゆる、シース・コアと表現できる二層の発現が認められる。凝固剤が中心部までよく浸透するほど、コア層は小さくなり、最終的には境界線が認められなくなる。なお、蒸気処理をしない従来の繊維においても、シース・コアの二層構造は認められない。 In the steam treatment in the present invention, since the dope filament is positively brought into contact with the gas (air) containing the above-mentioned liquid vapor, the coagulant rapidly penetrates and diffuses throughout the fiber inside the dope filament, and the solidification nucleus It is thought that such a thing may be formed in the fiber center part direction. Surprisingly, when the fiber cross-section is observed after fiber formation, a boundary line that appears to be generated based on the difference in the timing of the start of structure formation is recognized, and so-called two-layer expression that can be expressed as a sheath core is recognized It is done. The better the coagulant penetrates to the center, the smaller the core layer and eventually the borderline will not be recognized. In addition, in the conventional fiber which is not subjected to steam treatment, a two-layer structure of the sheath / core is not recognized.
ポリベンザゾール繊維におけるシース層とコア層との簡便な判別は、繊維断面を光学顕微鏡で観察することによって可能である。すなわち、繊維断面を光学顕微鏡で観察できる厚さに切断し、光学顕微鏡で40倍程度に拡大して観察すると、シース層とコア層の境界が円形の線として認められる。この円形の線の外側がシース層で、内側がコア層である。 A simple discrimination between the sheath layer and the core layer in the polybenzazole fiber can be made by observing the fiber cross section with an optical microscope. That is, when the fiber cross section is cut to a thickness that can be observed with an optical microscope, and magnified about 40 times with an optical microscope, the boundary between the sheath layer and the core layer is recognized as a circular line. The outer side of the circular line is a sheath layer, and the inner side is a core layer.
シース層が凝固剤蒸気の浸透に起因して形成された場合、シース層の厚みはできるだけ厚く、コア層の直径はできるだけ小さい方が好ましい。本発明のポリベンザゾール繊維におけるコア層の割合、すなわち、繊維断面方向におけるコア層の平均直径(r2)の、繊維断面直径(r1)に対する比率であるR(%)=(r2/r1)×100は、90%以下であることが好ましく、より好ましくは80%以下、さらに好ましくは60%以下であり、0%に近づくことが最も好ましい。 When the sheath layer is formed due to the penetration of the coagulant vapor, it is preferable that the thickness of the sheath layer is as large as possible and the diameter of the core layer is as small as possible. The ratio of the core layer in the polybenzazole fiber of the present invention, that is, the ratio of the average diameter (r 2 ) of the core layer in the fiber cross-sectional direction to the fiber cross-sectional diameter (r 1 ) R (%) = (r 2 / r 1 ) × 100 is preferably 90% or less, more preferably 80% or less, still more preferably 60% or less, and most preferably close to 0%.
蒸気処理の温度は、凝固剤の種類によっても異なるが、水の場合は、水蒸気雰囲気の温度または噴きつける水蒸気の温度は50〜200℃が好ましく、より好ましくは60〜160℃、さらに好ましくは70〜130℃である。50℃未満では強度を低下させる効果が小さくなる。一方、200℃を越えると糸切れが多発して生産性が著しく低下する傾向がある。水より低沸点の凝固剤であればより低温でもよく、水より高沸点の凝固剤であればより高温でもよく、沸点と蒸気圧とを考慮して適宜選定することができる。
蒸気相中の全気体成分に対する蒸気成分の含有率は、短時間処理のためには、50質量%以上であることが好ましく、より好ましくは60質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上である。
The temperature of the steam treatment varies depending on the type of coagulant, but in the case of water, the temperature of the steam atmosphere or the temperature of the sprayed steam is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 60 to 160 ° C, and even more preferably 70. ~ 130 ° C. If it is less than 50 degreeC, the effect of reducing an intensity | strength will become small. On the other hand, when the temperature exceeds 200 ° C., yarn breakage frequently occurs and the productivity tends to be remarkably lowered. If the coagulant has a lower boiling point than water, the temperature may be lower, and if the coagulant has a higher boiling point than water, the temperature may be higher, and can be appropriately selected in consideration of the boiling point and the vapor pressure.
The content of the vapor component with respect to the total gas components in the vapor phase is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and further preferably 70% by mass or more for short-time treatment. .
蒸気相温度が低すぎると、シース層の厚みが発達せず、逆に温度が高すぎるとシース・コア構造は発現するが、通過中のフィラメントの温度が上昇し、糸切れが多発する傾向がある。蒸気の含有率についても、低すぎるとシース・コア構造が発現しにくい。
蒸気処理する装置は、ドープフィラメントが蒸気に接触し、少なくとも表層部の凝固を進行させることができるものであればよく、連続式、非連続式、密閉形、非密閉形など特に限定されない。
If the vapor phase temperature is too low, the thickness of the sheath layer will not develop, and conversely if the temperature is too high, the sheath / core structure will appear, but the temperature of the passing filament will rise and the yarn will tend to break frequently. is there. If the vapor content is too low, the sheath / core structure is difficult to develop.
The apparatus for performing the steam treatment is not particularly limited as long as the dope filament is in contact with the steam and can at least solidify the surface layer, and is not particularly limited to a continuous type, a non-continuous type, a sealed type, and a non-sealed type.
蒸気相を通過した後のフィラメントは、次に凝固(抽出)浴に導かれて、ポリベンザゾールの溶剤の抽出とフィラメントの完全な凝固がなされる。凝固浴は、特に限定されず、如何なる形式の凝固浴でも良い。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出来る。最終的に凝固浴においてフィラメント中に残存する溶剤が1質量%以下、好ましくは0.5質量%以下になるように抽出する。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ザ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、エタノール、アセトン、エチレングリコール等である。抽出液は燐酸水溶液や水が簡便で望ましい。また凝固(抽出)浴を多段に分離し燐酸水溶液の濃度を順次薄くし最終的に水で水洗する方法も採用できる。また、凝固(抽出)工程において、フィラメント束を水酸化ナトリウム水溶液などで中和処理して後、水洗することは好ましい方法である。この後乾燥、熱処理を施してシース・コアの二層に識別できる繊維とすることができる。 The filament after passing through the vapor phase is then directed to a coagulation (extraction) bath for polybenzazole solvent extraction and complete coagulation of the filament. The coagulation bath is not particularly limited, and any type of coagulation bath may be used. For example, funnel type, water tank type, aspirator type or waterfall type can be used. Finally, extraction is performed so that the solvent remaining in the filament in the coagulation bath is 1% by mass or less, preferably 0.5% by mass or less. There is no particular limitation on the liquid used as the extraction medium in the present invention, but water, methanol, ethanol, acetone, ethylene glycol and the like that are substantially incompatible with polybenzazole are preferable. As the extract, an aqueous phosphoric acid solution or water is simple and desirable. Further, a method of separating the coagulation (extraction) bath in multiple stages, gradually decreasing the concentration of the phosphoric acid aqueous solution, and finally washing with water can be adopted. In the coagulation (extraction) step, it is a preferred method to neutralize the filament bundle with an aqueous sodium hydroxide solution and then wash with water. Thereafter, drying and heat treatment can be applied to form a fiber that can be distinguished into two layers of a sheath and a core.
こののち繊維を乾燥させ、更に必要に応じて熱処理工程を通す。乾燥温度はポリベンザゾールの凝固剤や溶剤が飛びやすい温度であれば特に限定されないが、具体的には150〜400℃、好ましくは200〜300℃、更に好ましくは220〜270℃とする。弾性率を向上させる目的で、必要に応じて張力下にて熱処理を施しても良い。熱処理温度については、400〜700℃、好ましくは500〜680℃、更に好ましくは550〜630℃とする。かける張力は0.3〜1.2g/dtex、好ましくは0.5〜1.1g/dtex、さらに好ましくは0.6〜1.0g/dtexである。 After that, the fiber is dried and further subjected to a heat treatment step as necessary. The drying temperature is not particularly limited as long as the coagulant or solvent of polybenzazole can easily fly, but specifically 150 to 400 ° C, preferably 200 to 300 ° C, more preferably 220 to 270 ° C. In order to improve the elastic modulus, heat treatment may be performed under tension as necessary. About heat processing temperature, it is 400-700 degreeC, Preferably it is 500-680 degreeC, More preferably, you may be 550-630 degreeC. The tension applied is 0.3 to 1.2 g / dtex, preferably 0.5 to 1.1 g / dtex, more preferably 0.6 to 1.0 g / dtex.
本発明の製造方法で得られたポリベンザゾール繊維は、表層部(表面〜1μm)から得られたポリベンザゾール結晶の電子線回折図において、赤道方向プロファイルにおける結晶(200)面由来の回折ピーク面積をS1、結晶(010)面及び(-210)面由来の回折ピーク面積をS2としたとき、S2/S1が0.1〜0.8であることが好ましく、より好ましくは0.2〜0.7である。0.1未満では繊維の強度低下が不十分であり、逆に0.8を超えると後加工性は高くても繊維の強度低下が大きくなりすぎて、操業性、工程通過性などが悪くなることがある。 The polybenzazole fiber obtained by the production method of the present invention has a diffraction peak derived from the crystal (200) plane in the equatorial profile in the electron beam diffraction diagram of the polybenzazole crystal obtained from the surface layer portion (surface to 1 μm). When the area is S1, and the diffraction peak area derived from the crystal (010) plane and the (−210) plane is S2, S2 / S1 is preferably 0.1 to 0.8, more preferably 0.2 to 0.7. If it is less than 0.1, the strength of the fiber is insufficiently reduced. On the other hand, if it exceeds 0.8, the strength of the fiber is excessively reduced even if the post-processability is high, and the operability and processability are deteriorated. Sometimes.
また、ポリベンザゾール繊維の表層部(表面から1μm)及び中心部から得られたポリベンザゾール結晶の(200)面の電子線回折の方位角プロファイルにおいて、表層部から得た回折ピークの半値幅を中心部から得た回折ピークの半値幅で割った値Tが0.75〜1.25であることが好ましい。
Tは、より好ましくは0.85〜1.15である。0.75未満では繊維の強度低下が不十分になることがあり、逆に1.25を超えると繊維の強度低下が大きくなりすぎて、操業性、工程通過性などが悪くなることがある。
In addition, in the azimuth angle profile of electron diffraction of the (200) plane of the polybenzazole crystal obtained from the surface portion (1 μm from the surface) and the center portion of the polybenzazole fiber, the half width of the diffraction peak obtained from the surface layer portion Is preferably 0.75 to 1.25, divided by the half width of the diffraction peak obtained from the center.
T is more preferably 0.85 to 1.15. If it is less than 0.75, the strength reduction of the fiber may be insufficient. Conversely, if it exceeds 1.25, the strength reduction of the fiber becomes too large, and the operability and process passability may deteriorate.
また、ポリベンザゾール繊維の表層部(表面〜1μm)及び中心部から得られた赤道方向の電子線回折プロファイルから算出したポリベンザゾール結晶の(200)面の見かけの結晶サイズに関し、表層部の見かけの結晶サイズを中心部の見かけの結晶サイズで割った値Uが0.75〜1.25であることが好ましい。
Uは、より好ましくは0.85〜1.15である。1.25を超えると繊維の強度低下が不十分になることがあり、逆に1.25を超えると繊維の強度低下が大きくなりすぎて、操業性、工程通過性などが悪くなることがある。
In addition, regarding the apparent crystal size of the (200) plane of the polybenzazole crystal calculated from the electron beam diffraction profile in the equator direction obtained from the surface layer part (surface to 1 μm) and the center part of the polybenzazole fiber, A value U obtained by dividing the apparent crystal size by the apparent crystal size at the center is preferably 0.75 to 1.25.
U is more preferably 0.85 to 1.15. If it exceeds 1.25, the strength reduction of the fiber may be insufficient, and conversely if it exceeds 1.25, the strength reduction of the fiber becomes too large, and the operability and process passability may deteriorate. .
さらに、ポリベンザゾール繊維の表層部(表面から1μm)及び中心部から得られた赤道方向の電子線回折プロファイルから算出したポリベンザゾール結晶の(010)面の見かけの結晶サイズに関し、表層部の見かけの結晶サイズを中心部の見かけの結晶サイズで割った値Vが0.75〜1.25であることが好ましい。
Vは、より好ましくは0.85〜1.15である。1.25を超えると繊維の強度低下が不十分になることがあり、逆に1.25を超えると繊維の強度低下が大きくなりすぎて、操業性、工程通過性などが悪くなることがある。
Furthermore, regarding the apparent crystal size of the (010) plane of the polybenzazole crystal calculated from the electron diffraction profile in the equatorial direction obtained from the surface portion (1 μm from the surface) and the central portion of the polybenzazole fiber, A value V obtained by dividing the apparent crystal size by the apparent crystal size at the center is preferably 0.75 to 1.25.
V is more preferably 0.85 to 1.15. If it exceeds 1.25, the strength reduction of the fiber may be insufficient, and conversely if it exceeds 1.25, the strength reduction of the fiber becomes too large, and the operability and process passability may deteriorate. .
本発明において、ポリベンザゾール繊維を電子線回折法によって分析し、回折図や解析結果を得るためには、公知の方法を採用でき、測定用繊維は、繊維軸(長さ)方向で、かつ繊維の表層部と中心部とを含むように、厚さ70nm程度の超薄切片に切削して得られたものを使用する。
すなわち、単繊維をLuft法(J. Biophys. Biochem.Cytol., 9, 409 (1961))に従って調製したエポキシ樹脂に包埋し、60℃オーブン中で一夜放置し固化固定して繊維を包埋させたレジンブロックを得る。次に、このレジンブロックをライヘルト社製のウルトラマイクロトームに取り付け、ガラスナイフを用いて、包埋した繊維がブロック表面近傍に現れるまで研磨し、次いでダイアトーム社製ダイアモンドナイフを用いて単繊維の繊維軸方向に平行な方向に切削する。
例えば単繊維の直径が10μmの場合、繊維表面から連続的に約70nmの厚さの超薄切片を切削すると、約140枚の切片に切り分けることができる。切削した全ての切片を、切削順に10枚ごとのグループとして銅グリッドに選択的に回収した。切削開始から10枚目までをグループ1とし、順次グループ1,グループ2・・・グループnと定義する。このグループのうちnが偶数の場合には(n/2)番目のグループを、奇数の場合には(n/2−0.5)番目のグループを制限視野電子線回折測定に供する。一本の単繊維を、ほぼ同じ厚さの超薄切片に全て切り分けると、上記のグループの繊維切片は、繊維の表層部(表面)と中心部との両方が含まれたものとなる。
厚さ約70nmで、繊維の表層部(表面)と中心部との両方が含まれた超薄切片を作成後、得られた超薄切片を、300メッシュの銅グリッド上に回収し薄くカーボン蒸着を施す。なお、本発明における中心部とは、繊維の断面を円とみなしたときに中心点とみなせる部分を含む場所であり、直径で数ミクロン程度までの芯部を意味し、超薄切片で言えば、両表面の中間部である。
次いで電子顕微鏡内に超薄切片を導入し、繊維の表層部と中心部の両方について制限視野電子線回折像を撮影し(この際、制限視野(アパチャー)の径は1μm以下とし、繊維の超薄切片に切削時に発生したアーティファクト(例えば、シワや切片のやぶれなど)の無い部分を回折像撮影部位に選択した)電子線回折図を得る。
In the present invention, a polybenzazole fiber is analyzed by an electron diffraction method, and in order to obtain a diffraction diagram and an analysis result, a known method can be adopted, and the measurement fiber is in the fiber axis (length) direction, and What was obtained by cutting into an ultra-thin section having a thickness of about 70 nm so as to include the surface layer portion and the center portion of the fiber is used.
That is, single fibers are embedded in an epoxy resin prepared according to the Luft method (J. Biophys. Biochem. Cytol., 9, 409 (1961)), and left in a 60 ° C. oven overnight to solidify and fix to embed the fibers. A resin block is obtained. Next, the resin block is attached to an ultra microtome manufactured by Reichert, and is polished using a glass knife until the embedded fibers appear in the vicinity of the block surface, and then a single fiber using a diamond knife manufactured by Diatom Cut in a direction parallel to the axial direction.
For example, when the diameter of a single fiber is 10 μm, when an ultrathin section having a thickness of about 70 nm is continuously cut from the fiber surface, it can be cut into about 140 sections. All cut sections were selectively collected on a copper grid as a group of every 10 sheets in the cutting order. The first to tenth sheets from the start of cutting are defined as
After making an ultra-thin slice with a thickness of about 70 nm and including both the surface layer (surface) and the center of the fiber, the resulting ultra-thin slice was collected on a 300-mesh copper grid and thinly deposited with carbon. Apply. The central part in the present invention is a place including a part that can be regarded as a central point when the cross section of the fiber is regarded as a circle, and means a core part having a diameter of up to several microns. , The middle part of both surfaces.
Next, an ultrathin section was introduced into the electron microscope, and a limited-field electron diffraction image was taken for both the surface layer and the center of the fiber (in this case, the diameter of the limited field-of-view (aperture) was 1 μm or less, An electron beam diffractogram is obtained in which a portion free from artifacts (for example, wrinkles, blurring of the slice, etc.) generated in the cutting of the thin slice is selected as a diffraction image photographing site.
得られた電子線回折図のうちの赤道方向のプロファイルを、ローレンツ関数を用いて近似して、(200)、(010)及び(−210)由来の回折ピークの積分強度(面積)と半値幅を算出し、(200)由来の面積をS1、(010)と(−210)由来の面積の和をS2とし、S2/S1を算出する。
また、見かけの結晶サイズ(ACS)は、次式を用いて算出する。
ACS=0.9λ/βcosθ
ここで、λは電子線の波長、βは半値幅(単位はラジアン)、θは回折角2θの半値である。
さらに(200)回折については、方位角方向の回折プロファイルをローレンツ関数で近似して半値幅を算出する。
The profile in the equator direction of the obtained electron diffraction pattern is approximated using a Lorentz function, and the integrated intensity (area) and half-value width of diffraction peaks derived from (200), (010) and (-210) are approximated. And the area derived from (200) is S1, and the sum of the areas derived from (010) and (-210) is S2, and S2 / S1 is calculated.
The apparent crystal size (ACS) is calculated using the following equation.
ACS = 0.9λ / βcosθ
Here, λ is the wavelength of the electron beam, β is the full width at half maximum (in radians), and θ is the half value of the diffraction angle 2θ.
Further, for (200) diffraction, the half-value width is calculated by approximating the diffraction profile in the azimuth angle direction with a Lorentz function.
本発明のポリベンザゾール繊維が、適度に強度低下し、後加工性が向上する理由は明確ではないが、上記したような電子線回折法によるポリベンザゾール結晶の電子線回折図から推定すると、少なくとも繊維表層部の結晶のa、b軸方向の選択配向が従来のものに比べてランダム化しており、繊維の表層部と中心部との結晶の配向の差が少なくなり、繊維全体として結晶の配向が従来のものに比べてランダム化し、このことにより、繊維強度が低下し、ポリベンザゾール繊維の後加工性が向上するものと考えられる。また、結晶の選択的配向が適度に乱れて特定方向への応力集中が緩和され、繊維内部の潜在歪も少なくなるため、フィブリル化が抑制できるものと考えられる。 The reason why the polybenzazole fiber of the present invention is moderately reduced in strength and improved in post-processability is not clear, but when estimated from the electron diffraction pattern of the polybenzazole crystal by the electron beam diffraction method as described above, The selective orientation in the a and b axis directions of at least the fiber surface layer crystal is randomized compared to the conventional one, and the difference in crystal orientation between the surface layer portion and the center portion of the fiber is reduced. It is considered that the orientation is randomized as compared with the conventional one, and this reduces the fiber strength and improves the post-processability of the polybenzazole fiber. In addition, the selective orientation of crystals is moderately disturbed, stress concentration in a specific direction is relaxed, and latent strain inside the fiber is reduced, so that fibrillation can be suppressed.
以下、本発明をさらに実施例によって詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、各種測定は下記の方法を採用した。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples. In addition, the following method was employ | adopted for various measurements.
・測定方法:
(極限粘度)
メタンスルホン酸を溶媒として、0.5g/lの濃度に調製したポリマー溶液の粘度をオストワルド粘度計を用いて30℃恒温槽中で測定した。
·Measuring method:
(Intrinsic viscosity)
Using methanesulfonic acid as a solvent, the viscosity of the polymer solution prepared to a concentration of 0.5 g / l was measured in an oven at 30 ° C. using an Ostwald viscometer.
(繊維の強度、弾性率の測定方法)
JIS L 1013に準じて引張試験機にて測定した。
(Measurement method of fiber strength and elastic modulus)
It measured with the tensile tester according to JISL1013.
(繊維の耐熱性の測定方法)
熱重量分析計(TA Instrument社のTGA Q50)を用いて、空気中、20℃/minの昇温速度で、常温から温度を上昇させていったときに、重量保持率[(ある温度のときのサンプル重量/元のサンプル重量)×100]が90%となる温度で評価した。
(Measurement method of heat resistance of fiber)
Using a thermogravimetric analyzer (TA Instrument's TGA Q50), when the temperature was increased from room temperature at a temperature increase rate of 20 ° C./min in the air, the weight retention rate [(at a certain temperature The sample weight / original sample weight) × 100] was evaluated at a temperature of 90%.
(繊維の難燃性の測定方法)
JIS K 7201に準じ、限界酸素指数(Limiting Oxygen Index:LOI)にて評価した。
(繊維断面観察の方法)
測定用繊維をエポキシ樹脂(ガタン社製G−2)に胞埋したものを、クロスセクションポリッシャー(日本電子(株)製、SM−09010)にてアルゴンイオンエッチングして、観察用繊維断面を得た。次いで、光学顕微鏡によってコア層とシース層との境界線を観察し、コア層の平均直径(r2)と繊維断面直径(r1)とを測定し、コア層の平均直径(r2)の繊維断面直径(r1)に対する比率R(%)を求めた。
R(%)=(r2/r1)×100
(Measurement method of flame retardancy of fiber)
According to JIS K7201, it evaluated by the limiting oxygen index (Limiting Oxygen Index: LOI).
(Fiber cross-section observation method)
A fiber for measurement was embedded in an epoxy resin (G-2 manufactured by Gatan) and subjected to argon ion etching with a cross section polisher (SM-09010 manufactured by JEOL Ltd.) to obtain a cross section for observation. It was. Next, the boundary line between the core layer and the sheath layer is observed with an optical microscope, the average diameter (r 2 ) of the core layer and the fiber cross-sectional diameter (r 1 ) are measured, and the average diameter (r 2 ) of the core layer is measured. The ratio R (%) to the fiber cross-sectional diameter (r 1 ) was determined.
R (%) = (r 2 / r 1 ) × 100
(電子線回折の測定)
電子線回折測定用サンプルは、以下に記載した方法で、測定用繊維を繊維軸(長さ)方向で、かつ繊維の表層部と中心部とを含むように、厚さ70nm程度の超薄切片としたものを使用した。
すなわち、単繊維をLuft法(J. Biophys. Biochem.Cytol., 9, 409 (1961))に従って調製したエポキシ樹脂に包埋し、60℃オーブン中で一夜放置し固化固定して繊維を包埋させたレジンブロックを得た。次に、このレジンブロックをライヘルト社製のウルトラマイクロトームに取り付け、ガラスナイフを用いて、包埋した繊維がブロック表面近傍に現れるまで研磨し、次いでダイアトーム社製ダイアモンドナイフを用いて単繊維の繊維軸方向に平行な方向に切削して、厚さは約70nmで、繊維の表層部(表面)と中心部との両方が含まれた超薄切片を作成した。得られた超薄切片を、300メッシュの銅グリッド上に回収し薄くカーボン蒸着を施し、次いで電子顕微鏡内に超薄切片を導入し、繊維の表層部と中心部の両方について制限視野電子線回折像を撮影し(この際、制限視野(アパチャー)の径は1μm以下とし、繊維の超薄切片に切削時に発生したアーティファクト(例えば、シワや切片のやぶれなど)の無い部分を回折像撮影部位に選択した)電子線回折図を得た。
得られた電子線回折図のうちの赤道方向のプロファイルを、ローレンツ関数を用いて近似して、(200)、(010)及び(−210)由来の回折ピークの積分強度(面積)と半値幅を算出した。(200)由来の面積をS1、(010)と(−210)由来の面積の和をS2とし、S2/S1を求めた。
また、見かけの結晶サイズ(ACS)は、次式を用いて算出した。
ACS=0.9λ/βcosθ
ここで、λは電子線の波長、βは半値幅(単位はラジアン)、θは回折角2θの半値である。
さらに(200)回折については、方位角方向の回折プロファイルをローレンツ関数で近似して半値幅を算出した。
(Measurement of electron diffraction)
The sample for electron diffraction measurement is an ultrathin slice having a thickness of about 70 nm so that the measurement fiber is in the fiber axis (length) direction and includes the surface layer portion and the center portion of the fiber by the method described below. What was used was used.
That is, single fibers are embedded in an epoxy resin prepared according to the Luft method (J. Biophys. Biochem. Cytol., 9, 409 (1961)), and left in a 60 ° C. oven overnight to solidify and fix to embed the fibers. A resin block was obtained. Next, the resin block is attached to an ultra microtome manufactured by Reichert, and is polished using a glass knife until the embedded fibers appear in the vicinity of the block surface, and then a single fiber using a diamond knife manufactured by Diatom Cutting was performed in a direction parallel to the axial direction, and an ultrathin section having a thickness of about 70 nm and including both the surface portion (surface) and the center portion of the fiber was prepared. The obtained ultrathin slices were collected on a 300 mesh copper grid, thinly deposited with carbon, and then introduced into an electron microscope, and limited-field electron diffraction was performed on both the surface layer and the center of the fiber. An image is taken (in this case, the diameter of the limited field of view (aperture) is 1 μm or less, and an ultrathin section of the fiber is free from artifacts (for example, wrinkles and blurring of the section) that occur during cutting. A selected electron diffraction pattern was obtained.
The profile in the equator direction of the obtained electron diffraction pattern is approximated using a Lorentz function, and the integrated intensity (area) and half-value width of diffraction peaks derived from (200), (010) and (-210) are approximated. Was calculated. The area derived from (200) was S1, and the sum of the areas derived from (010) and (-210) was S2, and S2 / S1 was determined.
The apparent crystal size (ACS) was calculated using the following formula.
ACS = 0.9λ / βcosθ
Here, λ is the wavelength of the electron beam, β is the full width at half maximum (in radians), and θ is the half value of the diffraction angle 2θ.
Further, for (200) diffraction, the FWHM was calculated by approximating the diffraction profile in the azimuth direction with a Lorentz function.
(後加工性の評価方法)
押込捲縮法により座屈捲縮を与えた評価繊維を、カット長44mmにカットしてステープルとした。得られたステープルをオープナーにより開綿後、ローラーカードにより目付450g/m2のウェブを作製した。得られたウェブを順次9枚積層し、Foster社製ニードル(品番:15×18×40×3.5PB−A F20 2−18−3B/LI/CC/CONICAL)を用いて、針深度7mmで、フェルトの片側面からのみ、ニードルパンチング数が2000/cm2になるまでニードルパンチしてフェルトを得た。ウェブを順次積層してフェルトを得るまでの間に折れたニードルの本数(出来上がりのフェルト1m2当たりの本数に換算)を調べた。折れた本数が少ないほど後加工性が良好である。
(工程通過性)
紡糸から繊維ウェブ製造に至るまでの工程での製造トラブルの発生状況で工程通過性を判断した。
(Post-processability evaluation method)
The evaluation fiber which gave buckling crimp by the indentation crimping method was cut into a cut length of 44 mm to obtain a staple. The obtained staple was opened with an opener, and then a web having a basis weight of 450 g / m 2 was produced with a roller card. Nine sheets of the obtained webs were laminated in sequence, using a Foster needle (product number: 15 × 18 × 40 × 3.5 PB-A F20 2-18-3B / LI / CC / CONICAL) at a needle depth of 7 mm. A felt was obtained by needle punching only from one side of the felt until the needle punching number reached 2000 / cm 2 . The number of needles (converted to the number per 1 m 2 of finished felt) was examined until the felt was obtained by sequentially laminating the webs. The smaller the number of broken wires, the better the post-processability.
(Process passability)
Process passability was judged based on the occurrence of production troubles in the process from spinning to fiber web production.
(比較例1)
極限粘度〔η〕が29dl/gのポリ(p−フェニレンベンゾビスオキサゾール)(以下、PBOと略記)をポリリン酸に溶解させた紡糸ドープ(PBO濃度14質量%)を用いて、単糸フィラメント径が11.5μm、1.65dtexになるような条件で紡糸を行った。
すなわち、紡糸ドープを紡糸温度175℃で孔径0.20mm、孔数166のノズルから紡出し、紡出されたドープフィラメントをクエンチ温度60℃のクエンチチャンバー内を通過させて冷却し、クエンチチャンバーを通過後、マルチフィラメントに収束させながら第1凝固・洗浄浴中に浸漬し、フィラメントを凝固させた。その後、フィラメント中の残留リン濃度が5000ppm以下になるまで水洗し、1%NaOH水溶液で5秒間中和し、さらに10秒間水洗した。その後、水分率が2%になるまで乾燥させて巻き取って評価用の繊維を得た。なお、後加工性の評価には、前記の座屈捲縮を与えたステープルを用いた
(Comparative Example 1)
Using a spinning dope (PBO concentration of 14% by mass) in which poly (p-phenylenebenzobisoxazole) (hereinafter abbreviated as PBO) having an intrinsic viscosity [η] of 29 dl / g was dissolved in polyphosphoric acid, a single filament diameter Was spun under the conditions of 11.5 μm and 1.65 dtex.
That is, the spinning dope was spun from a nozzle with a spinning temperature of 175 ° C. and a pore diameter of 0.20 mm and a number of holes of 166, and the spun dope filament was cooled by passing through a quench chamber having a quench temperature of 60 ° C. and passed through the quench chamber. Then, it was immersed in the 1st coagulation | cleaning bath, making it converge on a multifilament, and the filament was coagulated. Thereafter, the filament was washed with water until the residual phosphorus concentration in the filament became 5000 ppm or less, neutralized with a 1% NaOH aqueous solution for 5 seconds, and further washed with water for 10 seconds. Then, it was dried until the moisture content became 2% and wound up to obtain a fiber for evaluation. In addition, for the evaluation of the post-processability, the above-described staple having buckling crimp was used.
(実施例1)
比較例1の製造装置において、クエンチチャンバーの出口に内径5mm、長さ1mの筒を設置し、筒内に水蒸気を導入して筒内を水蒸気雰囲気で満たし、マルチフィラメントを筒内に通過させたことが異なる以外は比較例1と同様にして評価用の繊維及びステープルを得た。なお、筒の周囲をヒーターで加熱し、水蒸気温度を制御した。満たした水蒸気の温度を120℃の飽和水蒸気とし、マルチフィラメントが水蒸気雰囲気の部分を通過する時間は0.6秒となるようにした。
Example 1
In the manufacturing apparatus of Comparative Example 1, a cylinder having an inner diameter of 5 mm and a length of 1 m was installed at the exit of the quench chamber, water vapor was introduced into the cylinder to fill the cylinder with a steam atmosphere, and the multifilament was allowed to pass through the cylinder. Except for this difference, evaluation fibers and staples were obtained in the same manner as in Comparative Example 1. In addition, the circumference | surroundings of the pipe | tube were heated with the heater and the water vapor | steam temperature was controlled. The temperature of the filled water vapor was saturated water vapor at 120 ° C., and the time for the multifilament to pass through the portion of the water vapor atmosphere was 0.6 seconds.
(実施例2)
実施例1において、筒内に満たした水蒸気の温度を75℃の飽和水蒸気にしたこと以外は実施例1と同様にして評価用の繊維及びステープルを得た。
(Example 2)
In Example 1, fibers and staples for evaluation were obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the water vapor filled in the cylinder was changed to 75 ° C. saturated water vapor.
(実施例3)
実施例1において、クエンチチャンバーの出口に設置した筒の大きさを、内径5mm、長さ50cmの筒に代え、かつ、筒内を満たした水蒸気の温度が75℃の飽和水蒸気で、マルチフィラメントが水蒸気雰囲気の部分を通過する時間は0.3秒となるようにした以外は実施例1と同様にして評価用の繊維及びステープルを得た。
(Example 3)
In Example 1, the size of the cylinder installed at the exit of the quench chamber was changed to a cylinder with an inner diameter of 5 mm and a length of 50 cm, and the temperature of the water vapor filled in the cylinder was saturated water vapor at 75 ° C., and the multifilament was Evaluation fibers and staples were obtained in the same manner as in Example 1 except that the time for passing through the portion of the water vapor atmosphere was 0.3 seconds.
(実施例4)
実施例3と同じ水蒸気処理に続けて、さらに筒の出口にゴデッドローラーおよびゴデッドローラーの周囲を囲むキャビネットを設置し、該キャビネットで水蒸気処理時間を延長させて評価用の繊維及びステープルを得た。すなわち、キャビネット内部をヒーターで加熱制御できるキャビネット内部に水蒸気を満たし、水蒸気の温度を75℃の飽和水蒸気とした。クエンチチャンバー出口に設置した筒内の通過時間とキャビネット内の通過時間との合計は10秒であった。
Example 4
Following the same steam treatment as in Example 3, a goded roller and a cabinet surrounding the goded roller are installed at the outlet of the cylinder, and the steam treatment time is extended in the cabinet to obtain fibers and staples for evaluation. It was. That is, the interior of the cabinet that can be heated and controlled with a heater was filled with water vapor, and the temperature of the water vapor was 75 ° C. saturated water vapor. The total of the passage time in the cylinder installed at the exit of the quench chamber and the passage time in the cabinet was 10 seconds.
(実施例5)
クエンチチャンバーの出口に設置する筒を内径5mm、長さ5cmとし、筒内の通過時間を0.03秒となるようにした以外は実施例1と同様にして評価用の繊維及びステープルを得た。
(Example 5)
Fibers and staples for evaluation were obtained in the same manner as in Example 1 except that the cylinder installed at the exit of the quench chamber had an inner diameter of 5 mm and a length of 5 cm, and the passage time in the cylinder was 0.03 seconds. .
(実施例6)
クエンチチャンバーの出口に設置する筒を直径10cm、長さ1mとし、さらに、クエンチチャンバー出口にスリットノズル(スリット幅1mm)を2ヶ所、対面方向に設置し、スリットノズルに温度120℃の飽和水蒸気を導入して、スリットノズル間にマルチフィラメントを通過させる以外は実施例1と同様にして評価用の繊維及びステープルを得た。なお、スリットノズルは、飽和水蒸気がマルチフィラメントに対して90°の方向から噴きつけるように設置した。
(Example 6)
The cylinder installed at the exit of the quench chamber has a diameter of 10 cm and a length of 1 m. Further, two slit nozzles (slit width of 1 mm) are installed at the exit of the quench chamber in the facing direction, and saturated steam at a temperature of 120 ° C. is supplied to the slit nozzle. The fibers and staples for evaluation were obtained in the same manner as in Example 1 except that the multifilament was passed between the slit nozzles. The slit nozzle was installed so that saturated water vapor was sprayed from a direction of 90 ° with respect to the multifilament.
(比較例2)
筒内に満たした水蒸気の温度を40℃の飽和水蒸気にしたこと以外は実施例1と同様にして評価用の繊維及びステープルを得た。
(Comparative Example 2)
Fibers and staples for evaluation were obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the water vapor filled in the cylinder was changed to 40 ° C. saturated water vapor.
(比較例3)
筒内に満たした水蒸気の温度を200℃の飽和水蒸気にしたこと以外は実施例1と同様にして評価用の繊維及びステープルを得た。
(Comparative Example 3)
Fibers and staples for evaluation were obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the water vapor filled in the cylinder was changed to 200 ° C. saturated water vapor.
以上の得られた評価用の繊維及びステープルについての評価結果を表1及び表2に示す。 Tables 1 and 2 show the evaluation results of the obtained fibers and staples for evaluation.
本発明の製造方法により得られたポリベンザゾール繊維は、繊維強度は低下するものの、優れた耐熱性、難燃性を維持し、従来のポリベンザゾール繊維に比べて、後加工性が良好であることが分かる。 The polybenzazole fiber obtained by the production method of the present invention maintains excellent heat resistance and flame retardancy, although the fiber strength decreases, and has better post-processability than conventional polybenzazole fibers. I understand that there is.
本発明で得られたポリベンザゾール繊維は、従来のものに比べて後加工性が向上し、耐熱性や難燃性を重要な特性として要求される様々な用途に展開が容易になり、産業上の寄与が大である。
The polybenzazole fiber obtained in the present invention has improved post-processability compared to conventional fibers, and can be easily deployed in various applications that require heat resistance and flame retardancy as important characteristics. The above contribution is significant.
r1:繊維断面直径
r2:コア層の直径
r 1 : Fiber cross-sectional diameter r 2 : Diameter of the core layer
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