JP5047921B2 - 貯蔵弾性率の低下温度が異なる2種以上のポリイミド繊維からなる繊維集合体 - Google Patents
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Description
航空技術、No.581、34項〜39項(2003年) 「日本航空宇宙学会 第40回飛行機シンポジウム」 267項〜270項 (2002年)
プロファイル温度: 20℃〜400℃(昇温速度:3℃/分)但し、ポリイミドフィルムが溶融してしまう場合には、適宜温度を低下させることが好ましい。
周波数: 5Hz
Lamp.(交流歪振幅目標値): 20μm
Fbase(測定中のテンションの最小値):0g
F0gain(測定中にテンションを交流力振幅に応じて変化させる場合の係数):3.0。
特に、ピロメリット酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを含むポリイミド繊維を用いることでポリイミド繊維の耐熱温度が高くなるので好ましい。上記ピロメリット酸二無水物に加えて、下記の酸二無水物を併用することも可能である。
また、他のポリイミド成分として、少なくともピロメリット酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物から選ばれる1種以上の酸二無水物を含むポリイミド繊維を用いることで、貯蔵弾性率の低下温度が低いポリイミド繊維が得られる。
(1)ピロメリット酸二無水物と、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル及び、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパンからなるポリイミド樹脂であって、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパンが全ジアミンを100モルとした場合に、50モル以上含有するポリイミド樹脂、
(2)ピロメリット酸二無水物と、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル及び、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼンからなるポリイミド樹脂であって、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼンが全ジアミンを100モルとした場合に、50モル以上含有するポリイミド樹脂、
(3)ピロメリット酸二無水物と、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル及び、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホンからなるポリイミド樹脂であって、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホンが全ジアミンを100モルとした場合に、50モル以上含有するポリイミド樹脂、
(4)3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、4,4'−ジアミノジフェニルエーテルからなるポリイミド樹脂、
(5)3,3',4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物と、4,4'−ジアミノジフェニルエーテルからなるポリイミド樹脂、
(6)2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物と、4,4'−ジアミノジフェニルエーテルからなるポリイミド樹脂、
(7)2,3,3’,4―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、p-フェニレンジアミンからなるポリイミド樹脂、
(8)2,3,3’,4―ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、4,4'−ジアミノジフェニルエーテルからなるポリイミド樹脂、
(9)2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物と、4,4'−ジアミノジフェニルスルホンからなるポリイミド樹脂、
(10)2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物と、3,3'−ジアミノジフェニルスルホンからなるポリイミド樹脂、
(11)3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンからなるポリイミド樹脂が好適に用いられる。
本願発明のポリイミド繊維の製造方法は、上記ポリアミド酸溶液を気流にて引き取りながら紡糸し、積層してなるポリイミド繊維の製造方法を用いることで作製し得る。気流にて引き取るとは、紡糸工程において、紡糸原液を気流にて吹き飛ばしながら、引き伸ばして繊維状に成形する方法である。特に、外力として、気流を最も主要な外力として用いることで紡糸する方法である。
平均繊維径の測定方法は、電子顕微鏡(日本電子データム株式会社製、JSM−6380LA)により繊維径を30本測定した。異形断面を有する繊維に関しては、繊維の最大の幅を直径として算出した。その平均値を平均繊維径とした。
ポリアミド酸溶液もしくはポリイミド溶液を、厚みが1cmのガラス基板上に塗布して、室温から300℃まで6℃/分の昇温速度で昇温させて焼成を行った。出来上がったガラス基板上のポリイミドフィルムは完全に冷却した後に、水中に沈めることで引き剥がした。このポリイミドフィルムを50℃のオーブン中で30分かけて完全に乾燥を行った。
プロファイル温度: 20℃〜400℃(昇温速度:3℃/分)但し、ポリイミドフィルムが溶融してしまう場合には、適宜温度を低下させることが好ましい。
周波数: 5Hz
Lamp.(交流歪振幅目標値): 20μm
Fbase(測定中のテンションの最小値):0g
F0gain(測定中にテンションを交流力振幅に応じて変化させる場合の係数):3.0
ASTM−E−1050の垂直入射吸音率試験に準じて、サンプル径φ29mm、厚み2.54cm(1インチ)、背後空気層0mm、測定周波数域500〜6300Hz(1/3オクターブバンド)の条件にて測定した。
得られた非熱可塑性ポリイミド繊維の集合体を10cm×10cm×2.5cmに切り出して、その重量を測定して嵩密度を測定した。
FAR 25.856(a)に準拠した方法で測定を行った。
チッソ置換を行った2Lのガラス製セパラブルフラスコ中に、溶液を攪拌するための攪拌翼を取りつけた反応装置内で反応を行った。まず、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(以下、4,4'-ODAと略す)91.8g(0.458モル)をN,N−ジメチルホルムアミド779gに溶解する。この溶液を40℃に保温した。この溶液中に、ピロメリット酸二無水物(以下、PMDAと略す)95.0g(0.436mol)を投入して完全に溶解した。この溶液に5.0gのPMDAを66.5gのN,N−ジメチルホルムアミドに溶解した溶液を少量づつ添加して、溶液の粘度が23℃で3100ポイズになった時点で添加を止めて紡糸用の高分子樹脂溶液とした。尚、この溶液の23℃での粘度をB型粘度計で10回転/分と5回転/分の2つの回転数で溶液の粘度測定を行い、その溶液粘度からチキソ指数を求めると1.01であった。固形分濃度は18.5%であった。このポリイミド樹脂からポリイミドフィルムを作製して、貯蔵弾性率の測定を行ったところ、低下温度は360℃であった。
チッソ置換を行った2Lのガラス製セパラブルフラスコ中に、溶液を攪拌するための攪拌翼を取りつけた反応装置内で反応を行った。まず、3,3',4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(以下、BPDAと略す。)50.0g(0.170モル)をN,N−ジメチルホルムアミド543gに溶解する。この溶液を30℃に保温した。この溶液中に、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン(以下、BAPPと略す)69.4g(0.169mol)を投入して完全に溶解した。この溶液に0.35gのBAPPを3.14gのN,N−ジメチルホルムアミドに溶解した溶液を少量づつ添加して、溶液の粘度が23℃で2600ポイズになった時点で添加を止めて紡糸用の高分子樹脂溶液とした。尚、この溶液の23℃での粘度をB型粘度計で10回転/分と5回転/分の2つの回転数で溶液の粘度測定を行い、その溶液粘度からチキソ指数を求めると1.02であった。固形分濃度は18.0%であった。このポリイミド樹脂からポリイミドフィルムを作製して、貯蔵弾性率の測定を行ったところ、低下温度は243℃であった。
チッソ置換を行った2Lのガラス製セパラブルフラスコ中に、溶液を攪拌するための攪拌翼を取りつけた反応装置内で反応を行った。まず、4,4'-ODA18.0g(0.09モル)、BAPPを86.3g(0.21モル)をN,N−ジメチルホルムアミド769gに溶解する。この溶液を40℃に保温した。この溶液中に、PMDA65.5g(0.30モル)を投入して完全に溶解した。この溶液に0.33gのPMDAを4.18gのN,N−ジメチルホルムアミドに溶解した溶液を少量づつ添加して、溶液の粘度が23℃で1860ポイズになった時点で添加を止めて紡糸用の高分子樹脂溶液とした。尚、この溶液の23℃での粘度をB型粘度計で10回転/分と2回転/分の2つの回転数で溶液の粘度測定を行い、その溶液粘度からチキソ指数を求めると1.07であった。固形分濃度は18%であった。このポリイミド樹脂からポリイミドフィルムを作製して、貯蔵弾性率の測定を行ったところ、貯蔵弾性率の低下温度は305℃であった。
チッソ置換を行った2Lのガラス製セパラブルフラスコ中に、溶液を攪拌するための攪拌翼を取りつけた反応装置内で反応を行った。まず、4,4'-ODAを60.1g(0.300モル)をN,N−ジメチルホルムアミド670gに溶解する。この溶液を30℃に保温した。この溶液中に、BPDA87.9g(0.299モル)を投入して完全に溶解した。この溶液に0.44gのBPDAを5.81gのN,N−ジメチルホルムアミドに分散してスラリー溶液とした溶液を少量づつ添加して、溶液の粘度が23℃で1660ポイズになった時点で添加を止めて紡糸用の高分子樹脂溶液とした。尚、この溶液の23℃での粘度をB型粘度計で10回転/分と2回転/分の2つの回転数で溶液の粘度測定を行い、その溶液粘度からチキソ指数を求めると1.01であった。固形分濃度は18.0%であった。このポリイミド樹脂からポリイミドフィルムを作製して、貯蔵弾性率の測定を行ったところ、貯蔵弾性率の低下温度は303℃であった。
合成例1と合成例2で得られたポリアミド酸溶液を用いて紡糸実験を行った。紡糸実験は図3と同様の装置を用いて行った。但し、捕集装置8は固定した状態で紡糸を行い、得られたポリアミド酸繊維の集合体を下記条件で焼成して繊維集合体を得た。
合成例1と合成例3で得られたポリアミド酸溶液を用いて紡糸実験を行った。紡糸実験は図3と同様の装置を用いて行った。但し、捕集装置8は固定した状態で紡糸を行い、得られたポリアミド酸繊維の集合体を下記条件で焼成して繊維集合体を得た。
合成例1と合成例4で得られたポリアミド酸溶液を用いて紡糸実験を行った。紡糸実験は図3と同様の装置を用いて行った。但し、捕集装置8は固定した状態で紡糸を行い、得られたポリアミド酸繊維の集合体を下記条件で焼成して繊維集合体を得た。
現在航空機用途に使用されている低嵩密度のガラスウール製の断熱・吸音材料(Johns Manville社製、Microlite AA Premium NR、嵩密度5.5kg/m3品)について同一条件で測定を行った。この製品と同等の吸音率を示せば、航空機用途の断熱・吸音材料として最適であると判断することができる。
2 紡糸口金
3 ポリアミド酸繊維もしくはポリイミド繊維の集合体
4 気流
5 ポリアミド酸溶液もしくはポリイミド溶液
6 搬送方向
7 ポリイミド繊維の集合体
8 捕集装置
9 加熱・乾燥装置
10 巻き取り装置
11 金網状の捕集装置
12 ポリイミド繊維の集合体のロール
20 合成例1のポリアミド酸溶液の注入口
21 合成例2もしくは、合成例3もしくは、合成例4のポリアミド酸溶液の注入口
22 ダイス
23 分岐流路
24 分岐流路
25 合成例1のポリアミド酸溶液のオリフィス
26 合成例2もしくは、合成例3もしくは、合成例4のポリアミド酸溶液のオリフィス
50 貯蔵弾性率が変化し始めるまでの直線に対する接線
51 貯蔵弾性率が変化しはじめて変化し終わった直線に対する接線
52 交点(貯蔵弾性率の変曲温度)
100 貯蔵弾性率の低下温度の高いポリイミド繊維
101 貯蔵弾性率の低下温度の低いポリイミド繊維
102 繊維同士の結合部位
Claims (17)
- 貯蔵弾性率の低下温度が異なる2種類以上のポリイミド繊維を含む繊維集合体であって、上記ポリイミド繊維の少なくとも1種類を介して、繊維同士が少なくとも一部結合していることを特徴とする繊維集合体。
- 上記貯蔵弾性率の低下温度が異なる2種類以上のポリイミド繊維のうち、低下温度の最も低い繊維の低下温度と低下温度の最も高い繊維の低下温度との差が、30℃以上200℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の繊維集合体。
- 上記繊維集合体が、上記ポリイミド繊維のうち、貯蔵弾性率の低下温度の最も低いポリイミド繊維を介して、繊維同士が少なくとも一部結合していることを特徴とする請求項1または2に記載の繊維集合体。
- 上記繊維集合体が、上記ポリイミド繊維のうち、貯蔵弾性率の低下温度の最も低いポリイミド繊維が完全に融解することなく形状を保持した状態で繊維同士の少なくとも一部が結合していることを特徴とする請求項1または2に記載の繊維集合体。
- 前記繊維集合体が、原料として少なくともピロメリット酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを含むポリイミド繊維、及び、原料として少なくともピロメリット酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物から選ばれる1種以上の酸二無水物を含むポリイミド繊維の2種類の繊維を少なくとも含む繊維集合体であり、前記繊維集合体の嵩密度が1.0〜80.0kg/m3であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維集合体。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維集合体を用いて得られる吸音材料。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維集合体を用いて得られる断熱材料。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維集合体を用いて得られる難燃マット。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維集合体を用いて得られる濾布。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維集合体を用いて得られる耐熱服。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維集合体を用いて得られる不織布。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維集合体を用いて得られる航空機用途断熱吸音材。
- 繊維集合体の製造方法において、貯蔵弾性率の低下温度が異なる2種類以上のポリイミド繊維の原料となるポリアミド酸溶液及び/又はポリイミド溶液の液流を、同時に高速気流にてひきとりながら紡糸して、基材表面に積層して繊維集合体を作製することを特徴とする繊維集合体の製造方法。
- 上記貯蔵弾性率の低下温度が異なる2種類以上のポリイミド繊維のうち、低下温度の最も低い繊維の低下温度と低下温度の最も高い繊維の低下温度との差が、30℃以上200℃以下であることを特徴とする請求項13に記載の繊維集合体の製造方法。
- 上記繊維集合体が、上記ポリイミド繊維のうち、貯蔵弾性率の低下温度の最も低いポリイミド繊維を介して、繊維同士が少なくとも一部結合していることを特徴とする請求項13または14に記載の繊維集合体の製造方法。
- 上記繊維集合体が、上記ポリイミド繊維のうち、貯蔵弾性率の低下温度の最も低いポリイミド繊維が完全に融解することなく形状を保持した状態で繊維同士の少なくとも一部が結合していることを特徴とする請求項13または14に記載の繊維集合体の製造方法。
- 前記繊維集合体が、原料として少なくともピロメリット酸二無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを含むポリイミド繊維、及び、原料として少なくともピロメリット酸二無水物、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物から選ばれる1種以上の酸二無水物を含むポリイミド繊維の2種類の繊維を少なくとも含む繊維集合体であり、前記繊維集合体の嵩密度が1.0〜80.0kg/m3であることを特徴とする請求項13〜16のいずれか1項に記載の繊維集合体の製造方法。
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