JP5290808B2 - ロープ構造体 - Google Patents
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また、天然繊維は強度的な問題を抱えている。そして、これらのロープのうち、多くは、高温雰囲気下で使用される機械や各種ロボットに用いられるロープやケーブルとして用いることは困難である。
また、特許文献3においても、さらなる耐疲労性の向上が望まれている。特に、特許文献3のロープは耐熱性にも乏しいため、製鉄所のような高温雰囲気下で使用されたり、高温の製品を吊り下げるためのスリングロープ、高温雰囲気下で使用される機械、各種ロボットに用いられるロープやケーブルとして用いることは困難である。
本発明の別の目的は、幅広い温度範囲において高強度・高弾性率であるロープ構造体を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、高荷重をかけた場合であっても、優れた耐疲労性を実現できるロープ構造体を提供することにある。
下記[化1]で表わされる[A]、[B]、[C]、[D]、[E]の反復構成単位からなる部分が90モル%以上であり、[A]:[B]:[C]:[D]:[E]=100:1〜20:5〜100:2〜80:2〜20のモル比を有する芳香族ポリエステルアミドから溶融紡糸され、
150℃雰囲気下の強度(T150)が17cN/dtex以上であり、かつ
150℃雰囲気下の弾性率(E150)が710cN/dtex以上である溶融異方性ポリエステルアミド繊維を含む耐熱性ロープ構造体であって、
この溶融異方性ポリエステルアミド繊維の少なくとも一部に対して、平均重合度が50000〜200000である下記[化2]で表わされるオルガノポリシロキサンを含むオルガノポリシロキサン組成物が付着している耐熱性ロープ構造体である。
なお、[化2]において、式中、X1、X2、X3及びX4は、それぞれ同一または異なって、−H、−COOH、−R、または−RCOOHを表し、Rはアルキル基またはアリール基を示す。またm、nは1以上の整数を示す。
さらに、ポリオルガノシロキサン組成物に着目した別の態様では、本発明は、
上記[A]、[B]、[C]、[D]、[E]の反復構成単位からなる部分が90モル%以上であり、
[A]:[B]:[C]:[D]:[E]=100:1〜20:5〜100:2〜80:2〜20のモル比を有する芳香族ポリエステルアミドから溶融紡糸され、
25℃雰囲気下の強度(T25)が18cN/dtex以上であり、かつ
25℃雰囲気下の弾性率(E25)が750cN/dtex以上である溶融異方性ポリエステルアミド繊維の少なくとも一部に対して、平均重合度が50000〜200000である上記[化2]で表わされるオルガノポリシロキサンを含むオルガノポリシロキサン組成物が付着しているロープ構造体を包含する。
さらに、特定のオルガノポリシロキサンを用いた場合、このオルガノポリシロキサンをポリエステルアミド繊維に対して付着させて得られたロープ構造体は、高荷重をかけた場合であっても優れた耐疲労性を実現できる。
芳香族ポリエステルアミドは、下記式に示す[A]、[B]、[C]、[D]、[E]の反復構成単位からなる部分が90モル%以上であり、[A]:[B]:[C]:[D]:[E]=100:1〜20:5〜100:2〜80:2〜20のモル比、好ましくは、[A]:[B]:[C]:[D]:[E]のモル比が100:3〜10:15〜60:10〜45:5〜15のモル比を有する。
前記ポリエステルアミド繊維は、150℃雰囲気下の強度(T150)が17cN/dtex以上(例えば、17.5〜40cN/dtex程度)、好ましくは18cN/dtex以上(例えば、18.5〜38cN/dtex程度)であってもよい。
前記ポリエステルアミド繊維は、150℃雰囲気下の弾性率(E150)が710cN/dtex以上(例えば、720〜1500cN/dtex程度)、好ましくは730cN/dtex以上(例えば、740〜1400cN/dtex程度)であってもよい。
前記ポリエステルアミド繊維は、高温雰囲気下における形態安定性が高いため、乾熱収縮試験により求められる乾熱収縮率が、1%以下(例えば、0.01〜0.95%程度)、0.8%以下(例えば、0.05〜0.75%程度)であってもよい。なお、本発明でいう乾熱収縮率とは、実施例に記載された乾熱収縮試験により求められる値であり、その測定方法については、以下の実施例に詳細に記載されている。
前記ポリエステルアミド繊維は、高温下での耐疲労性、特に長時間高温に曝した場合の耐疲労性に優れており、25℃雰囲気の強度(T25)と、サンプルを250℃雰囲気下、100hr暴露させた後に取り出して25℃雰囲気で測定した時の強度(T250)との比(これを耐熱老化性と称する)、T250/T25が、例えば、0.80以上(例えば、0.82〜0.99程度)、好ましくは0.83以上(例えば、0.85〜0.98程度)、さらに好ましくは0.87以上(例えば、0.88〜0.97程度)であってもよい。なお、本発明でいう耐熱老化性とは、実施例に記載された耐熱老化性試験により求められる値であり、その測定方法については、以下の実施例に詳細に記載されている。
前記ポリエステルアミド繊維は、耐熱性が高く、その融点ピーク温度は、370℃以上(例えば、375〜450℃程度)、好ましくは380℃以上(例えば、385〜440℃程度)であってもよい。なお、融点ピーク温度の測定方法については、以下の実施例に詳細に記載されている。
前記ポリエステルアミド繊維は、高温下でも低温下でも優れた貯蔵弾性率(または動的弾性率)を示すため、25℃雰囲気下において、動的粘弾性から測定した貯蔵弾性率(E’25)と、150℃雰囲気下において、動的粘弾性から測定した貯蔵弾性率(E’150)との比が、E’150/E’25=0.50以上(例えば、0.51〜1.0)であり、好ましくは0.52以上(例えば、0.53〜0.90程度)であってもよい。このような貯蔵弾性率を有するポリエステルアミド繊維は、室温(例えば25℃雰囲気下)及び高温下(例えば150℃雰囲気下)での物性変化を低減することができる。
なお、本発明の貯蔵弾性率およびガラス転移点の測定方法については、以下の実施例に詳細に記載されている。
前記ポリエステルアミド繊維では、高温下で高い強力および弾性率を発現する観点から、高融点の結晶構造を分子構造の中に有さなければならない。その結晶に関しては、広角X線回折測定により得られる2θ=29°に現れる回折ピーク強度の半価幅より、その結晶サイズを算出することができ、例えば、そのような結晶サイズとしては、7nm〜11nm程度であってもよく、好ましくは8nm〜10nm程度であってもよい。なお、具体的な測定方法については、以下の実施例に詳細に記載されている。
本発明の耐熱性ロープ構造体は、前記ポリエステルアミド繊維を少なくとも含んでおり、ロープ構造体は、例えば、(i)ポリエステルアミド繊維(および必要に応じて用いられるその他の繊維)をフィラメントヤーンとして用い、このヤーンを複数本、合撚あるいは編組して綱やひも状にした形態、(ii)芯材と、ポリエステルアミド繊維を用いた被覆材とで構成され、前記芯材を前記被覆材が被覆する形態などであってもよい。
ヤーンを構成するフィラメントは、例えば、50〜5000フィラメント程度、好ましくは100〜4000フィラメント程度、より好ましくは150〜3000フィラメント程度であってもよい。
本発明のロープ構造体では、必要に応じて、特定のオルガノポリシロキサン組成物を前記ポリエステルアミド繊維の少なくとも一部に適用してもよい。前記オルガノポリシロキサン組成物は、少なくとも、下記に示される特定のオルガノポリシロキサン(単に、ポリシロキサンと称する場合がある)を含有する。
また、表面平滑性の観点からは、X1,X2およびX4がメチル基であり、X3がヒドロキシル基であるポリシロキサンが好ましい。
オルガノポリシロキサン組成物は、前記オルガノポリシロキサンに加えて、乳化剤を含んでいてもよい。高重合度ポリシロキサンは、直接フィラメントへ付着させることもできるが、高重合度ポリシロキサンを均一に付着させる観点から、前記ポリシロキサンを乳化剤によりエマルジョン化し、繊維に付着させるのが好ましい。また、乳化剤と高重合度ポリシロキサンとを組み合わせることにより、繊維の表面平滑性を向上することが出来る。
乳化剤の使用量はポリシロキサン100質量部に対して1〜80質量部程度、好ましくは5〜70質量部程度、さらに好ましくは10〜60質量部程度であってもよい。
オルガノポリシロキサン組成物は、前記オルガノポリシロキサンに加えて、浸透剤を含んでいてもよい。特に、高重合度ポリシロキサンのフィラメント間への浸透性を向上するため、前記乳化剤とともに、浸透剤を用いるのが好ましい。
浸透剤としては、ポリシロキサン溶液の表面張力を低下させてポリシロキサンを均一に付着させることができる観点から、ジアルキルスルホサクシネート、シリコーン系界面活性剤(例えば、ポリエーテル変性シリコーン、ポリグリセリン変性シリコーンなど)などが例示できる。これらの浸透剤は、単独でまたは組み合わせて使用できる。これらの浸透剤のうち、ジアルキルスルホサクシネートが好ましい。
オルガノポリシロキサン組成物は、オルガノポリシロキサン組成物の適用工程により、前記ポリエステルアミドフィラメントの少なくとも一部に適用される。
このような適用工程により得られるロープ構造体では、ポリシロキサンは、ロープ構造体の耐疲労性を向上できる限り、ポリエステルアミドフィラメントの少なくとも一部に対して付着していればよいが、繊維全体に対して付着していてもよい。
本発明で特定の高重合度ポリシロキサンを用いる場合、フッ素樹脂を実質的に含まなくとも、ロープ構造体の耐疲労性を向上でき、例えば、湿潤下や高温・高湿環境下におけるロープ構造体の耐疲労性を向上できるため、フッ素樹脂は、必要に応じて適用すればよい。
特に、本発明において、特定の耐熱性ポリエステルアミド繊維を用いる場合、フッ素樹脂と組み合わせるための焼結処理を行ったとしても、繊維の劣化を抑制し、繊維の耐熱性をさらに向上させることができる。
DSC装置(metrler社製TA3000)にサンプルを10〜20mgとり、アルミ製パンへ封入した後、キャリヤ−ガスとしてN2を100cc/分流し、昇温速度20℃/分で測定し、吸熱ピ−クの位置の示す温度を測定した。
JIS L 1013に準じ、各温度雰囲気下において、試長20cm、初荷重0.1g/d、引張速度10cm/minの条件で破断強伸度及び弾性率(初期引張抵抗度)を求め、5点以上の平均値を採用した。
広角X線回折測定装置として、ブルカー社製、「D8 Discover with GADDS」を用いて、カメラ距離10cm、露光時間:600秒、電流110mA、電圧:45kV、コリメータ径0.3mmにより繊維の赤道方向における広角X線回折図を得た。次いで、2θが29°に現れる回折ピーク強度の半価幅より次式を用いて、結晶サイズ(C)を算出した。
レオロジー社製「DVEレオスペクトラー」を使用して、昇温速度10℃/分、周波数10Hz、自動静荷重方式にて測定を行ない、貯蔵弾性率(E’)と損失弾性率(E”)との比からtanδ=E”/E’を算出した。次いで、各温度について、横軸を温度とし、縦軸をtanδとする温度(℃)−tanδ曲線を作図し、tanδの変曲点(ピーク温度)をガラス転移点とした。また、25℃雰囲気下の貯蔵弾性率(E’25)と150℃雰囲気下の貯蔵弾性率(E’150)との比をE’150/E’25として算出した。
サンプルに0.1g/dの荷重を掛けた時のサンプル長をL、これを熱風乾燥機内で350℃雰囲気中10分間暴露させた後、同様にして測定したサンプル長をL’としたときに
(L−L’)/L×100により求める。
JIS L 1013に準じ、25℃雰囲気下、試長20cm、初荷重0.1g/d、引っ張り速度10cm/minの条件で破断強度(5点以上の平均値を採用)を求め、これをT25とする。
次にサンプルを熱風乾燥機の中で250℃雰囲気下、100hr暴露させた後に取り出して、常温25℃雰囲気で同様にJIS L 1013に準じて測定した時の破断強度をt250としたとき、t250/T25により求める。
図1に示す屈曲疲労性試験機1において、定滑車1および動滑車2に対して、それぞれロープ構造体3,3をかけ、2本のロープ構造体の両端をかしめた後、動滑車2に対して7500lbsfの荷重をかけるとともに、定滑車1を1分当たり6回、44インチストロークで往復させた。そしてロープ構造体が切断に至るまでの往復回数を測定し、その回数をもって耐疲労性を評価した。
(1)ポリエステルアミドフィラメントの製造工程
p−アセトキシ安息香酸[A]60モル、6−アセトキシ−2−ナフトエ酸[B]4モル、テレフタル酸[C]18モル、4−4’−ビスフェノ−ル[D]14モル、およびp−アミノフェノ−ル[E]4モルから溶融異方性芳香族ポリエステルアミドを得た。このポリマ−の融点は340℃であった。該ポリマ−を、ノズル径0.1mmφ、ホ−ル数600個の口金より、紡糸温度360℃、紡糸速度1000m/min,剪断速度55200sec−1、ドラフト30で溶融紡糸し、1670dtex/600fのフィラメントを得た。
得られた紡糸原糸の繊維性能は、
強度 (DT)=7.8cN/dtex
伸度 (DE)=1.5%
弾性率 (YM)=577cN/dtex
であった。この紡糸原糸を310℃で8時間熱処理した。得られた熱処理糸は繊維間膠着がほとんどなかった。該熱処理糸(以下、紡糸原糸を熱処理したものをポリエステルアミドフィラメントと称する場合がある)の性能を表1に示す。
そして、このポリエステルアミドフィラメントに対して、平均重合度100,000ジメチルポリシロキサンのエマルジョン(松本油脂製薬(株)製「マツモトソフナー318」)95質量部、浸透剤としてジオクチルスルホサクシネートナトリウム塩5質量部を含むポリシロキサン溶液を付着させた。前記ポリシロキサンの付着量は、ポリエステルアミドフィラメント100質量部に対して、2.5質量部であった。
次いで、ポリシロキサンが付着したポリエステルアミドフィラメントからなるヤーンより、ストランドを形成し、この複合ストランドを12本組み合わせることにより、直径3/4インチのロープを得た。得られたロープの耐屈曲疲労性を測定した。結果を表2に示す。
ポリエステルアミドフィラメント100質量部に対するポリシロキサンの割合を5質量部としたこと以外は実施例1と同様にしてロープを得た。得られたロープの耐屈曲疲労性の結果を表2に示す。
実施例1と同様の方法で紡糸し、得られた紡糸原糸を、290℃で8時間で加熱する以外、実施例1と同様にしてロープを得た。得られたロープの耐屈曲疲労性の結果を表2に示す。
p−アセトキシ安息香酸[A]73モル、6−アセトキシ−2−ナフトエ酸[B]27モルから溶融異方性芳香族ポリエステルを得た。このポリマ−の融点は280℃であった。該ポリマ−を、ノズル径0.1mmφ、ホ−ル数600個の口金より、紡糸温度310℃、紡糸速度1000m/min,剪断速度55200sec−1、ドラフト30で溶融紡糸し、1670dtex/600fのフィラメントを得た。この紡糸原糸を275℃で8時間熱処理した。得られた熱処理糸は繊維間膠着がほとんどなかった。この該熱処理糸の性能を表1に示す。
そして、このポリエステルアミドフィラメントに対して、平均重合度100,000ジメチルポリシロキサンのエマルジョン(松本油脂製薬(株)製「マツモトソフナー318」)95質量部、浸透剤としてジオクチルスルホサクシネートナトリウム塩5質量部を含むポリシロキサン溶液を付着させた。前記ポリシロキサンの付着量は、液晶ポリマーフィラメント100質量部に対して、2.5質量部であった。
次いで、ポリシロキサンが付着した液晶ポリマーフィラメントからストランドを形成し、この複合ストランドを12本組み合わせることにより、直径3/4インチのロープを得た。得られたロープの耐屈曲疲労性を測定した。結果を表2に示す。
さらに、表2に示すように、実施例1〜3のロープ構造体では、特定のポリシロキサンと組み合わせた場合、高荷重下であるにもかかわらず、非常に高い耐屈曲疲労性を示した。
一方で、ポリアミドエステル繊維と特定のポリシロキサンとを組み合わせた場合、耐疲労性が飛躍的に改善されるため、耐疲労性が求められる海洋または陸上の構造の固定、質量物の吊り下げ用、牽引用、土木工事用、スポーツ、レジャー用などの分野でも、非常に好ましく利用できる。
2…動滑車
3…ロープ構造体
Claims (7)
- 下記[A]、[B]、[C]、[D]、[E]:
150℃雰囲気下の強度(T150)が17cN/dtex以上であり、かつ
150℃雰囲気下の弾性率(E150)が710cN/dtex以上である溶融異方性ポリエステルアミド繊維を含む耐熱性ロープ構造体であって、この溶融異方性ポリエステルアミド繊維の少なくとも一部に対して、平均重合度が50000〜200000である下記式で表わされるオルガノポリシロキサンを含むオルガノポリシロキサン組成物が付着している耐熱性ロープ構造体。
- 請求項1において、溶融異方性ポリエステルアミド繊維の、350℃雰囲気下における乾熱収縮率が1%以下であるロープ構造体。
- 請求項1または2において、溶融異方性ポリエステルアミド繊維の、熱風乾燥機の中で250℃雰囲気下、100hr暴露させた後に取り出して25℃雰囲気で測定した時の強度(T250)と25℃雰囲気下の強度(T25)との比が、T250/T25=0.80以上であるロープ構造体。
- 請求項1〜3のいずれか一項において、オルガノポリシロキサン組成物が、乳化剤および浸透剤から選択される少なくとも一種を含有するロープ構造体。
- 請求項4において、浸透剤が、ジアルキルスルホクサシアネートおよびシリコーン系界面活性剤から選ばれる少なくとも1種であるロープ構造体。
- 請求項1〜5のいずれか一項において、溶融異方性ポリエステルアミド繊維の少なくとも一部に対して、フッ素樹脂が付着しているロープ構造体。
- 下記[A]、[B]、[C]、[D]、[E]:
25℃雰囲気下の強度(T25)が18cN/dtex以上であり、かつ
25℃雰囲気下の弾性率(E25)が750cN/dtex以上である溶融異方性ポリエステルアミド繊維の少なくとも一部に対して、平均重合度が50000〜200000である下記式で表わされるオルガノポリシロキサンを含むオルガノポリシロキサン組成物が付着しているロープ構造体。
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