JP5524760B2 - Aramid fiber for rubber reinforcement, method for producing the same, rubber material - Google Patents

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Description

本発明は、ゴム補強用アラミド繊維およびその製造方法、ゴム資材に関する。さらに詳しくは、ゴム接着性に優れたカーボンブラックを含有するアラミド繊維およびその製造方法、該繊維を補強材として用いたゴム資材に関する。   The present invention relates to an aramid fiber for rubber reinforcement, a method for producing the same, and a rubber material. More specifically, the present invention relates to an aramid fiber containing carbon black having excellent rubber adhesion, a method for producing the same, and a rubber material using the fiber as a reinforcing material.

従来、芳香族ジカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分とからなるアラミド繊維(全芳香族ポリアミド繊維)、特にパラ系のアラミド繊維は、その強度、高弾性率、高耐熱性といった特性を活かして、ゴム補強に好適に用いられている。   Conventionally, aramid fibers (totally aromatic polyamide fibers) composed of an aromatic dicarboxylic acid component and an aromatic diamine component, especially para-based aramid fibers, are made of rubber by taking advantage of their properties such as strength, high elastic modulus, and high heat resistance. It is suitably used for reinforcement.

一方、アラミド繊維としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド(PPTA)繊維やコポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維があり、これらの繊維は多くの利点を有するが、ゴムとの接着性が悪いため、より高性能なゴム資材を作ることが困難であった。   On the other hand, as aramid fiber, there are polyparaphenylene terephthalamide (PPTA) fiber and copolyparaphenylene 3,4'-oxydiphenylene terephthalamide fiber, and these fibers have many advantages, but are bonded to rubber. Due to the poor nature, it was difficult to make higher performance rubber materials.

このような課題を解決するため、接着性を付与した繊維が考えられており、例えば繊維表面を接着層で被覆する方法(例えば、特許文献1:特開平10−025667号公報)などが提案されている。
しかしながら、上記方法では、高いゴムとの接着性が得られるものの、被覆された接着層の剥離が生じるといった問題がある。
In order to solve such problems, fibers imparted with adhesiveness have been considered. For example, a method of coating the fiber surface with an adhesive layer (for example, Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 10-025667) has been proposed. ing.
However, the above method has a problem that although the adhesiveness with a high rubber is obtained, the coated adhesive layer is peeled off.

特開平10−025667号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-025667

本発明は、かかる従来技術を背景になされたもので、その目的は、ゴム接着性に優れたアラミド繊維およびその製造方法、それを用いたゴム資材を提供することにある。   The present invention has been made against the background of the prior art, and an object thereof is to provide an aramid fiber excellent in rubber adhesiveness, a method for producing the aramid fiber, and a rubber material using the aramid fiber.

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を行った。その結果、カーボンブラックを含有させ、これを繊維表面に露出させた繊維とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The present inventor has intensively studied to solve the above problems. As a result, the present inventors have found that the above-described problems can be solved by containing carbon black and making it exposed to the fiber surface, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、アラミドポリマーから構成されるアラミド繊維であって、該アラミド繊維に平均粒径10μm以下のカーボンブラックが含有され、該アラミド繊維の全表面積に占める該カーボンブラックの面積の割合が10〜70%であることを特徴とするゴム補強用アラミド繊維である。
また、上記ゴム補強用アラミド繊維を用いたゴム資材である。
That is, the present invention is an aramid fiber composed of an aramid polymer, the aramid fiber contains carbon black having an average particle size of 10 μm or less, and the ratio of the area of the carbon black to the total surface area of the aramid fiber is It is an aramid fiber for rubber reinforcement characterized by being 10 to 70%.
Further, the rubber material using the rubber reinforcing aramid fiber.

さらに、アラミドポリマー、該アラミドポリマー重量に対して3〜50重量%の平均粒径10μm以下のカーボンブラック、および溶媒からなる紡糸用溶液をノズルから吐出し、凝固浴で固化、脱溶媒し、乾燥してアラミド繊維とし、これに研磨剤を付与し、該アラミド繊維を擦過処理することにより、アラミド繊維の全表面積に占めるカーボンブラックの面積の割合が10〜70%であるアラミド繊維を製造することを特徴とするゴム補強用アラミド繊維の製造方法である。   Further, a spinning solution comprising an aramid polymer, carbon black having an average particle diameter of 10 μm or less of 3 to 50% by weight based on the weight of the aramid polymer, and a solvent is discharged from a nozzle, solidified in a coagulation bath, desolvated, and dried. To produce an aramid fiber in which the ratio of the area of carbon black to the total surface area of the aramid fiber is 10 to 70% by applying an abrasive to the aramid fiber and rubbing the aramid fiber. This is a method for producing aramid fibers for reinforcing rubber.

本発明のアラミド繊維は、カーボンブラックを含有し製糸した後、研磨剤を付与しヒーターにて接触加熱延伸するといった方法により、カーボンブラックを繊維表面に多く露出させることによって、ゴムとの接着性が著しく改善している。このため、ゴム資材に好適に用いることができる。   The aramid fiber of the present invention contains carbon black, and after the yarn is formed, the carbon black is exposed to a large amount on the fiber surface by a method of applying an abrasive and contact heating and stretching with a heater. It is remarkably improved. For this reason, it can be used suitably for rubber materials.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<アラミドポリマー>
本発明におけるアラミドポリマーは、溶液中でのジカルボン酸ジクロライドとジアミンとの低温溶液重合、または界面重合から得ることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
<Aramid polymer>
The aramid polymer in the present invention can be obtained from low-temperature solution polymerization or interfacial polymerization of dicarboxylic acid dichloride and diamine in a solution.

[アラミドポリマーの原料]
(ジアミン成分)
具体的に本発明において使用されるジアミン成分としては、p−フェニレンジアミン、2−クロルp−フェニレンジアミン、2,5−ジクロルp−フェニレンジアミン、2,6−ジクロルp−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォンなどを単独あるいは2種以上挙げることができるが、これらに限定されるものではない。中でも、ジアミン成分として、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミンおよび3,4’−ジアミノジフェニルエーテルを単独あるいは2種以上使用することができる。
[Raw material of aramid polymer]
(Diamine component)
Specific examples of the diamine component used in the present invention include p-phenylenediamine, 2-chloro p-phenylenediamine, 2,5-dichloro p-phenylenediamine, 2,6-dichloro p-phenylenediamine, and m-phenylene. Diamine, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenyl sulfone, 3,3′-diaminodiphenyl sulfone, etc. alone or in combination It can be mentioned, but is not limited to these. Among these, as the diamine component, p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, and 3,4'-diaminodiphenyl ether can be used alone or in combination of two or more.

(芳香族ジカルボン酸ジクロライド成分)
具体的に本発明において使用されるジカルボン酸クロライド成分としては、例えばイソフタル酸クロライド、テレフタル酸クロライド、2−クロルテレフタル酸クロライド、2,5−ジクロルテレフタル酸クロライド、2,6−ジクロルテレフタル酸クロライド、2,6−ナフタレンジカルボン酸クロライドなど挙げられるが、これらに限定されるものではない。中でも、ジカルボン酸クロライド成分として、テレフタル酸ジクロライド、イソフタル酸ジクロライドが好ましい。従って、本発明におけるアラミドポリマーの例として、コポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、およびポリメタフェニレンテレフタルアミドなどを挙げることができる。特に好ましくは、コポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミドである。
(Aromatic dicarboxylic acid dichloride component)
Specific examples of the dicarboxylic acid chloride component used in the present invention include isophthalic acid chloride, terephthalic acid chloride, 2-chloroterephthalic acid chloride, 2,5-dichloroterephthalic acid chloride, and 2,6-dichloroterephthalic acid. Examples include, but are not limited to, chloride and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid chloride. Of these, terephthalic acid dichloride and isophthalic acid dichloride are preferred as the dicarboxylic acid chloride component. Therefore, examples of the aramid polymer in the present invention include copolyparaphenylene 3,4'-oxydiphenylene terephthalamide, polyparaphenylene terephthalamide, and polymetaphenylene terephthalamide. Particularly preferred is copolyparaphenylene 3,4'-oxydiphenylene terephthalamide.

[溶媒]
また、アラミドポリマーを重合する際の溶媒としては、具体的にN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチルカプロラクタムなどの有機極性アミド系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの水溶性エーテル化合物、メタノール、エタノール、エチレングリコールなどの水溶性アルコール系化合物、アセトン、メチルエチルケトンなどの水溶性ケトン系化合物、アセトニトリル、プロピオニトリルなどの水溶性ニトリル化合物などが挙げられる。これらの溶媒は、2種以上の混合溶媒として使用することも可能であり、特に制限されることはない。上記溶媒は、脱水されていることが望ましい。
この場合、溶解性を挙げるために、重合前、途中、終了時に一般に公知の無機塩を適当量添加しても差し支えない。このような無機塩として、例えば塩化リチウム、塩化カルシウムなどが挙げられる。
[solvent]
Further, as a solvent for polymerizing an aramid polymer, specifically, an organic polar amide solvent such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylcaprolactam, Water-soluble ether compounds such as tetrahydrofuran and dioxane, water-soluble alcohol compounds such as methanol, ethanol and ethylene glycol, water-soluble ketone compounds such as acetone and methyl ethyl ketone, water-soluble nitrile compounds such as acetonitrile and propionitrile, etc. . These solvents can be used as a mixed solvent of two or more kinds, and are not particularly limited. The solvent is preferably dehydrated.
In this case, in order to increase the solubility, an appropriate amount of a generally known inorganic salt may be added before, during or after the polymerization. Examples of such inorganic salts include lithium chloride and calcium chloride.

[濃度]
本発明のアラミドポリマーの製造において用いられるアラミド溶液のポリマー濃度は、好ましくは0.5〜30重量%、より好ましくは1〜10重量%である。ポリマー濃度が0.5重量%未満では、ポリマーの絡み合いが少なく紡糸に必要な粘度が得られない。一方で、ポリマー濃度が30重量%を超える場合、ノズルから吐出する際に不安定流動が起こりやすくなり安定的に紡糸することが困難となる。
[concentration]
The polymer concentration of the aramid solution used in the production of the aramid polymer of the present invention is preferably 0.5 to 30% by weight, more preferably 1 to 10% by weight. When the polymer concentration is less than 0.5% by weight, the entanglement of the polymer is small and the viscosity necessary for spinning cannot be obtained. On the other hand, when the polymer concentration exceeds 30% by weight, an unstable flow tends to occur when discharging from the nozzle, making it difficult to perform stable spinning.

(ジアミン成分と芳香族ジカルボン酸ジクロライド成分との組成)
また、アラミドポリマーを製造する際、これらのジアミン成分と酸クロライド成分は、ジアミン成分対酸クロライド成分のモル比として好ましくは0.90〜1.10、より好ましくは0.95〜1.05で、用いることが好ましい。
(Composition of diamine component and aromatic dicarboxylic acid dichloride component)
Moreover, when manufacturing an aramid polymer, these diamine components and acid chloride components are preferably 0.90 to 1.10, more preferably 0.95 to 1.05 as a molar ratio of the diamine component to the acid chloride component. It is preferable to use.

[その他]
このアラミドポリマーの末端は、封止されることもできる。末端封止剤を用いて封止する場合、その末端封止剤としては、例えばフタル酸クロライドおよびその置換体、アミン成分としてはアニリンおよびその置換体が挙げられる。
一般に用いられる酸クロライドとジアミンの反応においては生成する塩化水素のごとき酸を捕捉するために脂肪族や芳香族のアミン、第4級アンモニウム塩を併用できる。
反応の終了後、必要に応じて塩基性の無機化合物、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウムなどを添加し中和反応する。
反応条件は、特別な制限を必要としない。酸クロライドとジアミンとの反応は、一般に急速であり、反応温度は例えば−25℃〜100℃好ましくは−10℃〜80℃である。
[Others]
The end of this aramid polymer can also be sealed. In the case of sealing with an end-capping agent, examples of the end-capping agent include phthalic acid chloride and substituted products thereof, and examples of the amine component include aniline and substituted products thereof.
In the reaction of a generally used acid chloride and diamine, an aliphatic or aromatic amine or a quaternary ammonium salt can be used in combination in order to capture an acid such as hydrogen chloride formed.
After completion of the reaction, a basic inorganic compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, calcium oxide or the like is added as necessary to carry out a neutralization reaction.
The reaction conditions do not require special restrictions. The reaction between acid chloride and diamine is generally rapid, and the reaction temperature is, for example, -25 ° C to 100 ° C, preferably -10 ° C to 80 ° C.

このようにして得られるアラミドポリマーは、アルコール、水といった非溶媒に投入して、沈殿させ、パルプ状にして取り出すことができる。これを再度他の溶媒に溶解して成形に供することもできるが、重合反応によって得た溶液をそのまま成形用溶液として用いることができる。再度溶解させる際に用いる溶媒としては、アラミドポリマーを溶解するものであれば特に限定はされないが、上記アラミドポリマーの重合に使用される溶媒が好ましい。   The aramid polymer thus obtained can be put into a non-solvent such as alcohol or water, precipitated, and taken out as a pulp. This can be dissolved again in another solvent and used for molding, but the solution obtained by the polymerization reaction can be used as it is as a molding solution. The solvent used for re-dissolving is not particularly limited as long as it dissolves the aramid polymer, but a solvent used for the polymerization of the aramid polymer is preferable.

(カーボンブラック)
アラミドポリマーに添加するカーボンブラックの形状については特に指定は無いが、平均粒径は、10μm以下、好ましくは8μm以下、特に好ましくは2〜6μmである。平均粒径が10μmを超えると、紡糸時の糸切れが頻発し連続的な紡糸が不可能である。
ここで、平均粒径は、粒度分布計により測定した値により定義される値である。
(Carbon black)
The shape of the carbon black added to the aramid polymer is not particularly specified, but the average particle size is 10 μm or less, preferably 8 μm or less, particularly preferably 2 to 6 μm. When the average particle diameter exceeds 10 μm, yarn breakage occurs frequently during spinning, and continuous spinning is impossible.
Here, the average particle diameter is a value defined by a value measured by a particle size distribution meter.

(カーボンブラックの含有量)
カーボンブラックのアラミド繊維中における含有量は、紡糸の安定性から好ましくは3〜50重量%の範囲であり、より好ましくは5〜20重量%である。含有量が3重量%より低いと、アラミド繊維表面のカーボンブラックの比率が少なくなり高い接着性が得られ難くなる。一方、含有量が50重量%を超えるときには、紡糸時の糸切れが頻発し、連続的な紡糸が難しくなる傾向にある。
(Carbon black content)
The content of carbon black in the aramid fiber is preferably in the range of 3 to 50% by weight and more preferably in the range of 5 to 20% by weight in view of spinning stability. When the content is lower than 3% by weight, the ratio of carbon black on the surface of the aramid fiber is reduced and it becomes difficult to obtain high adhesiveness. On the other hand, when the content exceeds 50% by weight, yarn breakage during spinning frequently occurs, and continuous spinning tends to be difficult.

(カーボンブラック表面積比率)
本発明においては、アラミド繊維の全表面積に対する該カーボンブラックの表面積の割合(以下、カーボンブラック表面積比率と称することがある)が10〜70%、好ましくは15〜60%であることが肝要である。カーボンブラック表面積比率が10%未満では目的とする高いゴム接着性が得られず、一方70%を超えると該ポリアミド繊維を紡糸や後述する熱延伸工程で、断糸が発生しやすくなり品質が低下する。上記のように、カーボンブラック表面積比率を10〜70%とする方法については、前記のようにアラミド繊維にカーボンブラックを3〜50重量%含有させて紡糸し、後で詳細に説明するように乾燥糸状態で研磨剤を付与し、擦過処理することに容易に達成することができる。
(Carbon black surface area ratio)
In the present invention, it is important that the ratio of the surface area of the carbon black to the total surface area of the aramid fibers (hereinafter sometimes referred to as carbon black surface area ratio) is 10 to 70%, preferably 15 to 60%. . If the carbon black surface area ratio is less than 10%, the desired high rubber adhesion cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 70%, the polyamide fiber is spun and the yarn is easily broken in the hot drawing process described later, and the quality deteriorates. To do. As described above, with respect to the method of setting the carbon black surface area ratio to 10 to 70%, the aramid fiber is spun with 3 to 50% by weight of carbon black as described above, and dried as described in detail later. It can be easily achieved by applying an abrasive in a yarn state and rubbing.

本発明でいう、カーボンブラック表面積比率とは、落射型蛍光顕微鏡を用いてUV励起光を照射し、繊維軸方向に20cmの長さについて、デジタル画像を取り込み、画像処理を行って、繊維の黒色部分の面積を(b)、繊維の全表面積を(S)として夫々の面積を計測し、カーボンブラック表面積比率を式(1)より求めた値である。
カーボンブラック表面積比率=(b)/(S)×100(%) (1)
In the present invention, the carbon black surface area ratio refers to the blackness of the fiber by irradiating with UV excitation light using an epi-illumination fluorescence microscope, capturing a digital image for a length of 20 cm in the fiber axis direction, and performing image processing. The area of each part is (b), the total surface area of the fiber is (S), each area is measured, and the carbon black surface area ratio is a value obtained from equation (1).
Carbon black surface area ratio = (b) / (S) × 100 (%) (1)

<アラミド繊維の製造方法>
本発明において、アラミド繊維は、アラミドポリマー、平均粒径が10μm以下のカーボンブラック、および溶媒からなる紡糸用溶液(ドープ)を調製し、得られたドープをノズルより吐出し、貧溶媒からなる凝固浴中で凝固、脱溶媒し、熱処理(乾燥)、延伸することにより製造することができる。
<Method for producing aramid fiber>
In the present invention, an aramid fiber is prepared by preparing a spinning solution (dope) comprising an aramid polymer, carbon black having an average particle size of 10 μm or less, and a solvent, and discharging the obtained dope from a nozzle to coagulate comprising a poor solvent. It can be produced by coagulation, desolvation in a bath, heat treatment (drying) and stretching.

紡糸用ドープにカーボンブラックをブレンドする際、該カーボンブラックの凝集を抑制するため、該紡糸用ドープの調製において、カーボンブラック分散液を、アラミドポリマー溶液に一定の圧力で注入し、ダイナミックミキジングおよび/またはスタティックミキシングする方法が好ましい。
紡糸用ドープのポリマー濃度、すなわちアラミドポリマーの濃度は、好ましくは0.05〜30重量%、より好ましくは1〜10重量%である。
In order to suppress the aggregation of the carbon black when blending the carbon black into the spinning dope, in the preparation of the spinning dope, the carbon black dispersion is injected into the aramid polymer solution at a constant pressure, and dynamic mixing and A method of static mixing is preferred.
The polymer concentration of the dope for spinning, that is, the concentration of the aramid polymer is preferably 0.05 to 30% by weight, more preferably 1 to 10% by weight.

また、本発明における紡糸用ドープには、本発明の効果を損なわない範囲で他の成分、例えば酸化防止剤や耐熱安定剤、耐候剤、染料、帯電防止剤、難燃剤、導電性ポリマー、その他の重合体を添加することができる。   The spinning dope in the present invention includes other components within the range not impairing the effects of the present invention, such as an antioxidant, a heat stabilizer, a weathering agent, a dye, an antistatic agent, a flame retardant, a conductive polymer, and the like. The polymer can be added.

上記紡糸用ドープを用いて、湿式法、半乾半湿式法などにより、ノズルより吐出し、凝固浴中で凝固、脱溶媒し、乾燥して繊維状物とする。続いて、得られたアラミドポリマーからなる繊維状物に対して、加熱条件下で延伸を行う。延伸倍率は、機械的物性から2〜10倍の範囲が好ましく、さらに好ましくは3〜6倍である。延伸倍率が2倍より低いと、高強力繊維としてのアラミド繊維の特徴が得られ難い。一方、延伸倍率が10倍を超えるときには、延伸時の糸切れが頻発し連続的な延伸が難しくなる。また、延伸温度は、機械的物性から、好ましく450〜550℃、さらに好ましくは500〜530℃である。延伸温度が450℃より低いと、延伸時の糸切れが頻発し、連続的な延伸が難しくなる傾向にある。一方、延伸温度が550℃を超えるときには、アラミドポリマーの熱劣化が起こり、高強力繊維としてのアラミド繊維の特徴が得られ難い。   The spinning dope is discharged from a nozzle by a wet method, a semi-dry semi-wet method, etc., solidified in a coagulation bath, desolvated, and dried to obtain a fibrous material. Subsequently, the fibrous material made of the aramid polymer is stretched under heating conditions. The draw ratio is preferably in the range of 2 to 10 times, more preferably 3 to 6 times in view of mechanical properties. When the draw ratio is lower than 2, it is difficult to obtain the characteristics of an aramid fiber as a high strength fiber. On the other hand, when the draw ratio exceeds 10 times, yarn breakage during drawing frequently occurs and continuous drawing becomes difficult. The stretching temperature is preferably 450 to 550 ° C., more preferably 500 to 530 ° C., in view of mechanical properties. When the stretching temperature is lower than 450 ° C., yarn breakage during stretching frequently occurs and continuous stretching tends to be difficult. On the other hand, when the stretching temperature exceeds 550 ° C., thermal degradation of the aramid polymer occurs, and it is difficult to obtain the characteristics of the aramid fiber as a high strength fiber.

なお、本発明におけるアラミドポリマー、およびアラミド繊維の製造方法については、例えば英国特許第1501948号明細書、米国特許第3738964号明細書などに記載されている。   The aramid polymer and the method for producing an aramid fiber in the present invention are described in, for example, British Patent No. 1501948 and US Pat. No. 3,738,964.

このようにして得られるアラミド繊維の具体例としては、芳香族ジカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分、もしくは芳香族アミノカルボン酸成分から構成されるアラミドポリマー、またはこれらの共重合アラミドポリマーからなる繊維であり、例えばポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維、コポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維、ポリメタフェニレンテレフタルアミド繊維などが例示できる。なかでも、コポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維が高い強度を有すると同時に耐久性に優れているので特に好ましい。   Specific examples of the aramid fiber thus obtained include an aramid polymer composed of an aromatic dicarboxylic acid component and an aromatic diamine component, or an aromatic aminocarboxylic acid component, or a fiber composed of a copolymer aramid polymer thereof. Examples thereof include polyparaphenylene terephthalamide fiber, copolyparaphenylene 3,4'-oxydiphenylene terephthalamide fiber, and polymetaphenylene terephthalamide fiber. Among them, the copolyparaphenylene • 3,4′-oxydiphenylene terephthalamide fiber is particularly preferable because it has high strength and excellent durability.

カーボンブラック表面積比率10〜70%のアラミド繊維を得るためには、前記のアラミド繊維の紡糸条件を調整し繊維表面にカーボンブラックをブリードアウトさせる方法も考えられるが、前記のようにカーボンブラックを含む紡糸用溶液(ドープ)をノズルから吐出し、凝固浴で固化、脱溶媒し、乾燥したアラミド繊維に研磨剤を付与し擦過処理を行うことにより、前記割合の繊維表面にカーボンブラックを露出させる方法が望ましい。また、該擦過処理は、前記延伸工程を利用して行い、金属製やセラミック製等のヒーターにて接触加熱延伸することにより、繊維を構成するアラミドポリマーを高度に配向させると共に、アラミド繊維を擦過し繊維表面にカーボンブラックを露出させることが好ましい。この場合、無機微粒子は500℃以上の温度に耐えられる素材であれば特に制限は無いが、無機微粒子、中でもタルクやオスモスが入手の容易さなどの点より好ましい。研磨剤を用いない場合には擦過が不十分となり本発明の効果が十分に得られ難い。   In order to obtain an aramid fiber having a carbon black surface area ratio of 10 to 70%, a method of bleeding out carbon black on the fiber surface by adjusting the spinning conditions of the aramid fiber may be considered. However, as described above, carbon black is included. A method of exposing carbon black on the fiber surface in the above ratio by discharging a spinning solution (dope) from a nozzle, solidifying in a coagulation bath, removing the solvent, applying an abrasive to the dried aramid fiber and performing a rubbing treatment Is desirable. In addition, the rubbing treatment is performed using the stretching step, and the aramid polymer constituting the fibers is highly oriented and the aramid fibers are scraped by performing contact heating and stretching with a metal or ceramic heater. The carbon black is preferably exposed on the fiber surface. In this case, the inorganic fine particle is not particularly limited as long as it is a material that can withstand a temperature of 500 ° C. or higher, but inorganic fine particles, particularly talc and osmos are preferable from the viewpoint of availability. When an abrasive is not used, rubbing is insufficient and the effect of the present invention is not sufficiently obtained.

上記ヒーターとしては熱板を用いるのが好ましく、該熱板の素材は特に制限は無いが、耐熱性や耐摩耗性の点よりステンレス、特にSUS316が好ましい。熱板の表面粗度は1.0〜5.0μmの範囲が好ましい。表面粗度が1.0μmより低いと、熱板との摩擦が大きくなり過ぎ擦過中の糸切れが頻発し連続的な接触加熱延伸が難しい。一方、表面粗度が5.0μmより大きいと、熱板との摩擦が小さく擦過が不十分となり本発明の効果が得られ難い傾向がある。   As the heater, a hot plate is preferably used, and the material of the hot plate is not particularly limited, but stainless steel, particularly SUS316, is preferable from the viewpoint of heat resistance and wear resistance. The surface roughness of the hot plate is preferably in the range of 1.0 to 5.0 μm. When the surface roughness is lower than 1.0 μm, the friction with the hot plate becomes so large that the yarn breakage frequently occurs during rubbing, and continuous contact heating and drawing are difficult. On the other hand, if the surface roughness is larger than 5.0 μm, the friction with the hot plate is small and the rubbing is insufficient, and the effect of the present invention tends not to be obtained.

アラミド繊維の強度としては、18cN/dtex以上、さらに好ましくは20〜30cN/dtexの範囲が適当である。強度が18cN/dtex未満である場合には、長期間の使用に対し強度が十分でないため優れた耐久性をえることが困難である。単繊維繊度および長繊維で用いる場合のヤーン繊度とも特に限定する必要はないが、好適な単繊維繊度は、0.55〜5.5dtex、特に1.1〜3.3dtexであり、ヤーン繊度は110〜5500dtex、特に330〜3300dtexの範囲が適当である。   The strength of the aramid fiber is suitably 18 cN / dtex or more, more preferably in the range of 20 to 30 cN / dtex. When the strength is less than 18 cN / dtex, it is difficult to obtain excellent durability because the strength is not sufficient for long-term use. Although it is not necessary to specifically limit the single fiber fineness and the yarn fineness in the case of using the long fiber, suitable single fiber fineness is 0.55 to 5.5 dtex, particularly 1.1 to 3.3 dtex, and the yarn fineness is A range of 110 to 5500 dtex, particularly 330 to 3300 dtex is suitable.

本発明のアラミド繊維は、ゴム接着性に優れているため、例えば繊維をすだれ状にしたタイヤ補強素材、織物状にした伝動ベルトやゴムホース補強素材、また、カットファイバーとしてゴム中に混練したベルト補強素材として有用である。   Since the aramid fiber of the present invention is excellent in rubber adhesiveness, for example, a tire reinforcing material in which the fiber is interdigital, a transmission belt and a rubber hose reinforcing material in a woven shape, and a belt reinforcement kneaded in rubber as a cut fiber Useful as a material.

以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

<測定・評価方法>
(1)繊度
JIS−L−1015 B法に準じ、測定した。
<Measurement and evaluation method>
(1) Fineness Measured according to JIS-L-1015 B method.

(2)引張強度、破断伸度、モジュラス
引張試験機(INSTRON社製、商品名:INSTRON、型式:5565型)を用いて、ASTM D885の手順に基づき、糸試験用チャックを用いて、以下の条件の引張試験を行い、引張強度を測定した。
温度 :室温
測定試料長 :250mm
チャック引張速度 :100mm/min
初荷重 :0.35cN/dtex
チャック間距離 :250mm
試験スタート法 :スラックスタート法
(2) Tensile strength, elongation at break, modulus Using tensile tester (manufactured by INSTRON Co., Ltd., trade name: INSTRON, model: 5565 type), based on the procedure of ASTM D885, using the yarn test chuck, the following The tensile test of conditions was performed and the tensile strength was measured.
Temperature: Room temperature Measurement sample length: 250mm
Chuck pulling speed: 100mm / min
Initial load: 0.35 cN / dtex
Distance between chucks: 250 mm
Test start method: Slack start method

(3)平均粒径
粒度分布計(島津製作所製、商品名:SALD−200V ER)を用いてレーザー回折/散乱法に基づく粒度分布計算により求めた。
(3) Average particle diameter It calculated | required by the particle size distribution calculation based on the laser diffraction / scattering method using the particle size distribution meter (The Shimadzu Corporation make, brand name: SALD-200V ER).

(4)ゴム接着性
引張試験機(INSTRON社製、商品名:INSTRON、型式:5565型)を用いて、ASTM D885の手順に基づき、糸試験用チャックを用いて、以下の条件の引張試験を行い、引張強力を測定した。
温度 :室温
測定試料長 :100mm
チャック引張速度 :20mm/min
初荷重 :0.35cN/dtex
チャック間距離 :50mm
試験スタート法 :スラックスタート法
(4) Rubber Adhesion Using a tensile tester (manufactured by INSTRON, trade name: INSTRON, model: 5565 type) and using a yarn test chuck based on the procedure of ASTM D885, a tensile test under the following conditions is performed. The tensile strength was measured.
Temperature: Room temperature Measurement sample length: 100mm
Chuck pulling speed: 20mm / min
Initial load: 0.35 cN / dtex
Distance between chucks: 50 mm
Test start method: Slack start method

(5)カーボンブラック表面積比率
落射型蛍光顕微鏡(ニコン製 ECLIPSE E600)を用いてUV励起光を照射し、繊維軸方向に20cmの長さにおいて、倍率100倍にて50箇所のデジタル画像を取り込み、画像処理を行って、繊維の黒色部分の面積を(b)、繊維の全表面積を(S)として夫々の面積を計測し、カーボンブラック表面積比率を式(1)より求めた。
カーボンブラック表面積比率=(b)/(S)×100(%) (1)
(5) Carbon black surface area ratio Irradiated with UV excitation light using an epi-illumination fluorescence microscope (Nikon ECLIPSE E600), capturing 50 digital images at a magnification of 100 times at a length of 20 cm in the fiber axis direction, Image processing was performed, the area of the black part of the fiber was (b), the total surface area of the fiber was (S), and each area was measured, and the carbon black surface area ratio was determined from the formula (1).
Carbon black surface area ratio = (b) / (S) × 100 (%) (1)

(6)ヒーター(熱板)の表面粗度
JIS B 0601に準じ測定した、算術平均高さを表面粗度とした。
(6) Surface roughness of heater (hot plate) The arithmetic average height measured according to JIS B 0601 was defined as the surface roughness.

[実施例1]
平均粒径が5μmのカーボンブラック(大日精化社製MPS−1100)を用いた。ここで、カーボンブラックの分散は、浅田鉄工株式会社製、ビーズミル(Nano Grain Mill)を用いて行い、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)分散体を調製した。このとき、メディアとして、0.3mmのジルコニアビーズを使用した。
このカーボンブラック分散体およびNMPを、コポリパラフェニレン・3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミド(共重合モル比が1:1のアラミドポリマー、帝人テクノプロダクツ社製)の濃度6重量%のNMP溶液中に、得られるドープ中のカーボンブラックの含有量が芳香族ポリアミドの全重量を基準として15重量%となる割合で添加し、温度80℃下4時間撹拌混合した。得られたドープを用い、孔数667ホールの紡糸口金から吐出し、エアーギャップ約10mmを介してNMP濃度30重量%の水溶液中に紡出し凝固した後(半乾半湿式紡糸法)、水洗、乾燥し、次いで、研磨剤(富士タルク工業社製タルク、製品名:LMRA200、平均粒径:1.9μm)を付与し、表面粗度3.7μmのSUS316L製の熱板上で温度500℃下で10倍に接触延伸した後、巻き取ることによりカーボンブラックが良好に分散した状態で添加されたアラミド繊維を得た。
その結果、得られたアラミド繊維のカーボンブラック表面積比率は10%であり、剥離強力は8.6Nであった。
[Example 1]
Carbon black (MPS-1100 manufactured by Dainichi Seika Co., Ltd.) having an average particle size of 5 μm was used. Here, carbon black was dispersed by using a bead mill (Nano Grain Mill) manufactured by Asada Tekko Co., Ltd. to prepare an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) dispersion. At this time, 0.3 mm zirconia beads were used as media.
This carbon black dispersion and NMP were mixed with NMP solution of copolyparaphenylene 3,4'-oxydiphenylene terephthalamide (aramid polymer having a copolymerization molar ratio of 1: 1, manufactured by Teijin Techno Products) at a concentration of 6% by weight. The carbon black content in the obtained dope was added at a ratio of 15% by weight based on the total weight of the aromatic polyamide, and the mixture was stirred and mixed at a temperature of 80 ° C. for 4 hours. Using the obtained dope, it was discharged from a spinneret with 667 holes, spun into an aqueous solution with an NMP concentration of 30% by weight through an air gap of about 10 mm (semi-dry semi-wet spinning method), washed with water, Then, an abrasive (talc manufactured by Fuji Talc Kogyo Co., Ltd., product name: LMRA200, average particle size: 1.9 μm) was applied, and the temperature was 500 ° C. on a hot plate made of SUS316L having a surface roughness of 3.7 μm. Then, the aramid fiber added in a state in which the carbon black was well dispersed was obtained by winding after contact stretching at 10 times.
As a result, the carbon black surface area ratio of the obtained aramid fiber was 10%, and the peel strength was 8.6N.

[実施例2]
カーボンブラック添加量を50重量%とした以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Example 2]
Aramid fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added was 50% by weight. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

[実施例3]
カーボンブラック添加量を5重量%とした以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Example 3]
An aramid fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added was 5% by weight. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

[実施例4]
熱板表面粗度を1.1μmとした以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Example 4]
Aramid fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the hot plate surface roughness was 1.1 μm. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

[実施例5]
熱板表面粗度を4.8μmとした以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Example 5]
Aramid fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the hot plate surface roughness was 4.8 μm. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

[比較例1]
カーボンブラック添加量を1重量%とした以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Aramid fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added was 1% by weight. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

[比較例2]
カーボンブラック添加量を80重量%とした以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を作製したが、紡糸中の断糸が多発し、繊維を得ることができなかった。
[Comparative Example 2]
An aramid fiber was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added was 80% by weight. However, many fibers were broken during spinning, and the fiber could not be obtained.

[比較例3]
熱板表面粗度を0.5μmとした以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Comparative Example 3]
Aramid fibers were obtained in the same manner as in Example 1 except that the hot plate surface roughness was 0.5 μm. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

[比較例4]
熱板表面粗度を6.5μmとした以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を作製したが、紡糸中の断糸が多発し、繊維を得ることができなかった。
[Comparative Example 4]
Aramid fibers were produced in the same manner as in Example 1 except that the surface roughness of the hot plate was 6.5 μm. However, many yarns were spun during spinning, and the fibers could not be obtained.

[比較例5]
アラミド繊維を延伸するに際し、研磨剤を用いなかったこと以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Comparative Example 5]
When the aramid fiber was drawn, an aramid fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that no abrasive was used. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

[比較例6]
アラミド繊維を延伸するに際し、研磨剤を用いず、熱延伸を熱板に対して非接触で行なかったこと以外は、実施例1と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Comparative Example 6]
In stretching the aramid fiber, an aramid fiber was obtained in the same manner as in Example 1 except that the abrasive was not used and the thermal stretching was performed without contact with the hot plate. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

[比較例7]
アラミド繊維を延伸するに際し、研磨剤を用いず、熱延伸を熱板に対して非接触で行なかったこと以外は、実施例2と同様の方法でアラミド繊維を得た。得られたアラミド繊維の特性を表1に示す。
[Comparative Example 7]
Aramid fibers were obtained in the same manner as in Example 2 except that the aramid fibers were stretched without using an abrasive and subjected to thermal stretching in a non-contact manner with respect to the hot plate. The properties of the obtained aramid fiber are shown in Table 1.

Figure 0005524760
Figure 0005524760

本発明のゴム補強用アラミド繊維はゴム接着性が著しく向上しており、タイヤ、ベルト、ホースなどのゴム資材に好適に用いることができる。   The rubber reinforcing aramid fiber of the present invention has remarkably improved rubber adhesion, and can be suitably used for rubber materials such as tires, belts and hoses.

Claims (6)

アラミドポリマーから構成されるアラミド繊維であって、該アラミド繊維に平均粒径10μm以下のカーボンブラックが含有され、該アラミド繊維の全表面積に占める該カーボンブラックの面積の割合が10〜70%であることを特徴とするゴム補強用アラミド繊維。   An aramid fiber composed of an aramid polymer, wherein the aramid fiber contains carbon black having an average particle size of 10 μm or less, and a ratio of the area of the carbon black to a total surface area of the aramid fiber is 10 to 70%. Aramid fiber for rubber reinforcement characterized by the above. カーボンブラックの含有量が、アラミド繊維重量に対して3〜50重量%である請求項1に記載のゴム補強用アラミド繊維。   The aramid fiber for rubber reinforcement according to claim 1, wherein the content of carbon black is 3 to 50% by weight based on the weight of the aramid fiber. アラミド繊維の表面が擦過されることによりカーボンブラックの少なくとも一部が繊維表面に露出している請求項1に記載のゴム補強用アラミド繊維。   The aramid fiber for rubber reinforcement according to claim 1, wherein at least a part of the carbon black is exposed on the fiber surface by rubbing the surface of the aramid fiber. 請求項1〜3のいずれかに記載のゴム補強用アラミド繊維を用いたゴム資材。   The rubber material using the aramid fiber for rubber reinforcement according to any one of claims 1 to 3. アラミドポリマー、該アラミドポリマー重量に対して3〜50重量%の平均粒径10μm以下のカーボンブラック、および溶媒からなる紡糸用溶液をノズルから吐出し、凝固浴で固化、脱溶媒し、乾燥してアラミド繊維とし、これに研磨剤を付与し、該アラミド繊維を擦過処理することにより、アラミド繊維の全表面積に占めるカーボンブラックの面積の割合が10〜70%であるアラミド繊維を製造することを特徴とするゴム補強用アラミド繊維の製造方法。   A spinning solution composed of an aramid polymer, carbon black having an average particle diameter of 10 μm or less of 3 to 50% by weight based on the weight of the aramid polymer, and a solvent is discharged from a nozzle, solidified in a coagulation bath, desolvated, and dried. Aramid fiber is produced by adding an abrasive to the aramid fiber and rubbing the aramid fiber to produce an aramid fiber having a carbon black area ratio of 10 to 70% of the total surface area of the aramid fiber. A method for producing an aramid fiber for rubber reinforcement. 擦過処理が、ヒーターによる接触加熱延伸である請求項5記載のゴム補強用アラミド繊維の製造方法。   The method for producing an aramid fiber for rubber reinforcement according to claim 5, wherein the rubbing treatment is contact heating drawing with a heater.
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