JP7306375B2 - Polyethylene fiber and products using it - Google Patents

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Description

本発明は、引張強度、破断伸度などの機械的特性に優れ、特に寸法安定性に優れた高強力ポリエチレン繊維、およびそれを用いた製品に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to high-strength polyethylene fibers having excellent mechanical properties such as tensile strength and elongation at break, and particularly excellent dimensional stability, and products using the same.

高強力ポリエチレン繊維に関しては、超高分子量のポリエチレンを原料とし、いわゆる「ゲル紡糸法」により従来にない高強度、かつ高弾性率繊維が得られることが知られており、既に釣糸、魚網、係留索など産業上広く利用されている(例えば、特許文献1、特許文献2)。このような高強度かつ高弾性率な高強力ポリエチレン繊維を長期用途に用いようとする場合、障害となる欠点がある。この欠点は、クリープ特性に関連しており、長期間荷重をかけるような用途ではクリープによる破断が発生することである。これまでの検討においてポリエチレン繊維原料に分岐を導入することにより、荷重をかけている間のクリープ特性を改善する試みが提案されている(例えば、特許文献3、特許文献4)。 With regard to high-strength polyethylene fibers, it is known that unprecedented high-strength and high-elasticity fibers can be obtained by using ultra-high molecular weight polyethylene as a raw material and using the so-called "gel spinning method". It is widely used in industries such as ropes (for example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2). When trying to use such high-strength, high-modulus, high-strength polyethylene fibers for long-term applications, there are drawbacks that hinder them. This drawback is related to the creep properties, and creep rupture occurs in long-term loading applications. In previous investigations, attempts have been made to improve creep properties under load by introducing branches into polyethylene fiber raw materials (eg, Patent Documents 3 and 4).

日本国特許公開公報 特開昭55-107506号Japanese Patent Publication No. 55-107506 日本国特許公告公報 特開昭60-075607号Japanese Patent Publication No. 60-075607 日本国特許公開公報 特開昭64-38439号Japanese Patent Publication No. 64-38439 日本国特許公開公報 特開平6-280111号Japanese Patent Publication No. 6-280111

しかしながら、分岐を導入した原料を用いるだけではクリープ特性の改善は得られるが、最終的な繊維の力学的特性に悪影響を及ぼす可能性があり、さらに、荷重をかけた直後の初期におけるクリープ伸びを改善するには至っていないことを確認した。 However, although improvement in creep properties can be obtained only by using a raw material that introduces branching, it may adversely affect the final mechanical properties of the fiber, and furthermore, creep elongation at the initial stage immediately after application of a load is reduced. It was confirmed that there was no improvement.

本発明は、上記問題に鑑みなされ、その目的は、高強力ポリエチレン繊維としての高強度、かつ高弾性率である特性を確保しつつ、同時に荷重をかけた直後の初期の伸びが改善されたポリエチレン繊維を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide polyethylene in which initial elongation immediately after application of a load is improved while ensuring high strength and high elastic modulus characteristics as a high strength polyethylene fiber. It is to provide fiber.

本発明者らは、上記課題を解決する為、鋭意研究を重ねた結果、以下の発明に到達した。 In order to solve the above problems, the present inventors have reached the following invention as a result of earnest research.

(1)極限粘度[η]が5.0dL/g以上、40.0dL/g以下で、その繰り返し単位が90%以上のエチレンからなり、炭素原子1000個あたり0.1以上、10.0個以下のアルキル側鎖を有するポリエチレン繊維であり、繊維内の有機シラン化合物が0.1質量%以上、5.0質量%以下であるポリエチレン繊維。
(2)測定温度が70℃、測定荷重が破断荷重20%におけるクリープ測定において、経過時間1分におけるクリープ速度が2.5×10-4/sec以下であり、かつ、伸度3.0%に達したときのクリープ速度が1.0×10-5/sec以下である(1)に記載のポリエチレン繊維。
(3)クリープ寿命が50時間以上である(2)に記載のポリエチレン繊維。
(4)前記アルキル側鎖が少なくともメチル、エチル、およびブチル基のいずれか1つを含む(1)から(3)のいずれか1つに記載のポリエチレン繊維。
(5)引張強度が25cN/dtex以上、初期弾性率が900cN/dtex以上である(1)から(4)のいずれか1つに記載のポリエチレン繊維。
(6)(1)から(5)のいずれか1つに記載のポリエチレン繊維を含む製品。
(7)組紐、撚糸、釣糸、ロープ、またはネットである(6)に記載の製品。
(1) Intrinsic viscosity [η] of 5.0 dL/g or more and 40.0 dL/g or less, 90% or more of the repeating units are ethylene, and 0.1 or more and 10.0 per 1000 carbon atoms A polyethylene fiber having the following alkyl side chain, wherein the organic silane compound in the fiber is 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less.
(2) In creep measurement at a measurement temperature of 70°C and a measurement load of 20%, the creep rate at an elapsed time of 1 minute is 2.5 × 10 -4 /sec or less, and the elongation is 3.0%. The polyethylene fiber according to (1), which has a creep rate of 1.0×10 −5 /sec or less when reaching .
(3) The polyethylene fiber according to (2), which has a creep life of 50 hours or more.
(4) The polyethylene fiber according to any one of (1) to (3), wherein the alkyl side chain contains at least one of methyl, ethyl and butyl groups.
(5) The polyethylene fiber according to any one of (1) to (4), which has a tensile strength of 25 cN/dtex or more and an initial elastic modulus of 900 cN/dtex or more.
(6) A product comprising the polyethylene fiber according to any one of (1) to (5).
(7) The product of (6), which is a braid, twisted line, fishing line, rope, or net.

本発明によれば、従来の高強力ポリエチレン繊維と比較し、クリープ特性において荷重がかかり始めた初期の伸びが小さく、最終的なクリープ寿命に優れたポリエチレン繊維およびそれを用いた製品を提供することができる。 According to the present invention, compared with conventional high-strength polyethylene fibers, polyethylene fibers exhibiting small elongation at the beginning of load application in terms of creep properties and excellent final creep life, and products using the same are provided. can be done.

実施例および比較例のポリエチレン繊維をクリープ測定した際の、測定経過時間に対するクリープ速度を示す図である。FIG. 4 is a graph showing the creep rate versus elapsed measurement time when creep measurement is performed on polyethylene fibers of Examples and Comparative Examples. 実施例および比較例のポリエチレン繊維をクリープ測定した際の、伸度に対するクリープ速度を示す図である。FIG. 2 is a graph showing creep rate versus elongation when creep measurement is performed on polyethylene fibers of Examples and Comparative Examples. 実施例および比較例のポリエチレン繊維をクリープ測定した際の、破断に至るまでの時間(クリープ寿命)における測定経過時間に対するクリープ速度を示す図である。FIG. 2 is a graph showing the creep rate versus the measured elapsed time in the time until rupture (creep life) when the polyethylene fibers of Examples and Comparative Examples are subjected to creep measurement.

以下、本発明のポリエチレン繊維およびそれを用いた製品について説明する。しかし、本発明は下記によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the polyethylene fiber of the present invention and products using the same will be described. However, the present invention is not limited to the following, and it is of course possible to implement it by making appropriate changes within the scope that can be adapted to the gist of the above and below, all of which are within the technical scope of the present invention. subsumed in

本発明のポリエチレン繊維は、極限粘度[η]が5.0dL/g以上、40.0dL/g以下でその繰り返し単位が90%以上のエチレンからなり、炭素原子1000個あたり0.1以上、10.0個以下のアルキル側鎖を有するポリエチレン繊維であり、繊維内の有機シラン化合物が0.1質量%以上、5.0質量%以下である。 The polyethylene fiber of the present invention is composed of ethylene having a limiting viscosity [η] of 5.0 dL/g or more and 40.0 dL/g or less and a repeating unit of 90% or more, and has a repeating unit of 0.1 or more and 10 per 1000 carbon atoms. The polyethylene fiber has 0 or less alkyl side chains, and the organic silane compound in the fiber is 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less.

本発明のポリエチレン繊維は、その原料ポリエチレンとして超高分子量ポリエチレンを使用することが好ましい。このようなポリエチレンの極限粘度[η]は、5.0gL/g以上、40.0dL/g以下である。好ましくは8.0gL/g以上、35.0gL/g以下であり、より好ましくは10.0gL/g以上、30.0gL/g以下である。極限粘度が5.0dL/gより小さいと最終的なポリエチレン繊維の引張強度が低くなり、所望とする強度(例えば、15cN/dtex以上)を超えるような高強度繊維が得られないことがある。また、極限粘度が40.0dL/gより高いと加工性が低下して繊維化が困難になることがある。 It is preferable to use ultra-high molecular weight polyethylene as the raw material polyethylene for the polyethylene fiber of the present invention. The intrinsic viscosity [η] of such polyethylene is 5.0 gL/g or more and 40.0 dL/g or less. It is preferably 8.0 gL/g or more and 35.0 gL/g or less, more preferably 10.0 gL/g or more and 30.0 gL/g or less. If the intrinsic viscosity is less than 5.0 dL/g, the tensile strength of the final polyethylene fiber will be low, and a high strength fiber exceeding the desired strength (for example, 15 cN/dtex or more) may not be obtained. On the other hand, if the intrinsic viscosity is higher than 40.0 dL/g, the processability may be lowered and fiberization may become difficult.

また、本発明のポリエチレン繊維の原料ポリエチレンは、繰り返し単位の90モル%以上がエチレンである。エチレンの繰り返し単位は92モル%以上であるのが好ましく、94モル%以上であるのがより好まく、最も好ましいのはエチレンの単独重合体である。なお、ポリエチレン繊維の物性に好ましくない影響を与えない範囲であれば、原料ポリエチレンはエチレン以外の成分を含んでいてもよい。例えば、エチレンと少量の他のモノマー、具体的には、α-オレフィン、アクリル酸及びその誘導体、メタクリル酸及びその誘導体、ビニルシラン及びその誘導体等の他のモノマーとエチレンとの共重合体を原料ポリエチレンとして使用することができる。 In the raw material polyethylene of the polyethylene fiber of the present invention, 90 mol % or more of the repeating units are ethylene. The repeating unit of ethylene is preferably 92 mol % or more, more preferably 94 mol % or more, and most preferably an ethylene homopolymer. The raw material polyethylene may contain components other than ethylene as long as they do not adversely affect the physical properties of the polyethylene fiber. For example, raw polyethylene is a copolymer of ethylene and a small amount of other monomers, specifically other monomers such as α-olefin, acrylic acid and its derivatives, methacrylic acid and its derivatives, vinylsilane and its derivatives, and ethylene. can be used as

また、本発明のポリエチレン繊維は、炭素原子1000個当たりアルキル側鎖を0.1個以上、10.0個以下有する。より好ましくは0.2個以上、9.0個以下、更に好ましくは0.3個以上、8.0個以下である。炭素原子1000個当たりアルキル側鎖が0.1個よりも少ないとクリープ特性の改善効果が非常に小さくなり、また、寸法安定性が悪く好ましくない。逆に、炭素原子1000個当たりアルキル側鎖が10.0個よりも多いと紡糸、延伸性の阻害要因となり、製糸性が著しく低くなる。このアルキル側鎖は、少なくともメチル基、エチル基、およびブチル基のいずれか1つが好ましい。しかし、これらに定めるもの以外でもよい。 In addition, the polyethylene fiber of the present invention has 0.1 to 10.0 alkyl side chains per 1000 carbon atoms. More preferably 0.2 or more and 9.0 or less, still more preferably 0.3 or more and 8.0 or less. If the number of alkyl side chains is less than 0.1 per 1,000 carbon atoms, the effect of improving the creep properties is very small, and the dimensional stability is poor, which is undesirable. Conversely, if the number of alkyl side chains is more than 10.0 per 1000 carbon atoms, the spinnability and drawability will be hindered, and the spinnability will be remarkably lowered. This alkyl side chain is preferably at least one of methyl group, ethyl group and butyl group. However, it may be other than those defined in these.

発明者らは、ポリエチレン繊維に有機シラン化合物を含むことでクリープ特性の大きな改善につながることを見出した。そのため、本発明のポリエチレン繊維は、有機シラン化合物を繊維内に0.1質量%以上、5.0質量%以下含む。より好ましくは0.2質量%以上、4.0質量%以下、さらに好ましくは0.3質量%以上、3.0質量%以下の含有量である。有機シラン化合物の含有量が繊維内に0.1質量%未満であると寸法安定性への改善効果が得られ難い。5.0質量%よりも多いと、紡糸、延伸性の阻害要因となり製糸性が著しく低くなることがある。 The inventors have found that the inclusion of an organosilane compound in polyethylene fibers leads to a significant improvement in creep properties. Therefore, the polyethylene fiber of the present invention contains 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less of an organic silane compound in the fiber. The content is more preferably 0.2% by mass or more and 4.0% by mass or less, still more preferably 0.3% by mass or more and 3.0% by mass or less. If the content of the organic silane compound in the fiber is less than 0.1% by mass, it is difficult to obtain the effect of improving the dimensional stability. If it is more than 5.0% by mass, it may hinder the spinnability and drawability, resulting in remarkably low spinnability.

有機シラン化合物は、具体的にはビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリスメトキシエトキシシラン、トリメチルビニルシランなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of organic silane compounds include, but are not limited to, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrismethoxyethoxysilane, and trimethylvinylsilane.

また、本発明のポリエチレン繊維において、アルキル側鎖の数を(a)とし、有機シラン化合物の質量%を(b)とした場合、これらを乗じた数(c=a×b)が0.22を超えることで、特に初期の寸法安定性に優れることが、後述の実施例からも分かる。 Further, in the polyethylene fiber of the present invention, when the number of alkyl side chains is (a) and the mass % of the organosilane compound is (b), the multiplied number (c = a x b) is 0.22. It can be seen from the examples described later that the dimensional stability in the initial stage is particularly excellent by exceeding .

本発明のポリエチレン繊維は、測定温度が70℃、測定荷重が破断荷重20%におけるクリープ測定において、測定経過時間1分におけるクリープ速度が2.5×10-4/sec以下であることが好ましい。より好ましくは2.3×10-4/sec以下である。また、伸度が3.0%に達したときのクリープ速度が1.0×10-5/sec以下であることが好ましい。より好ましくは0.9×10-5/sec以下である。測定経過時間1分においてクリープ速度が2.5×10-4/secよりも大きいと、荷重がかかったときの伸びが大きくなってしまうため、寸法安定性の観点において好ましくない。また伸度3.0%に達したときのクリープ速度が1.5×10-5/secよりも大きいと、荷重がかかった時の伸びが大きくなってしまい、寸法安定性の観点において好ましくない。The polyethylene fiber of the present invention preferably has a creep rate of 2.5×10 −4 /sec or less in a measurement elapsed time of 1 minute in creep measurement at a measurement temperature of 70° C. and a measurement load of 20% at breaking load. More preferably, it is 2.3×10 −4 /sec or less. Also, the creep rate when the elongation reaches 3.0% is preferably 1.0×10 −5 /sec or less. More preferably, it is 0.9×10 −5 /sec or less. If the creep rate is greater than 2.5×10 −4 /sec at an elapsed measurement time of 1 minute, the elongation increases when a load is applied, which is not preferable from the viewpoint of dimensional stability. Also, if the creep rate when the elongation reaches 3.0% is greater than 1.5×10 −5 /sec, the elongation increases when a load is applied, which is not preferable from the viewpoint of dimensional stability. .

さらに本発明のポリエチレン繊維は、クリープ寿命は50時間以上であることが好ましく、より好ましくは70時間以上である。クリープ寿命は50時間以上であることで、本発明のポリエチレン繊維はクリープ特性に優れている。また、本発明のポリエチレン繊維の力学的特性は引張強度が15cN/dtex以上であることが好ましく、より好ましくは18cN/dtex以上、更に好ましくは20cN/dtex以上である。また、本発明のポリエチレン繊維は、初期弾性率が900cN/dtex以上であることが好ましく、より好ましくは1100cN/dtex以上、更に好ましくは1200cN/dtex以上である。このような力学的特性のポリエチレン繊維であれば、従来の高強度、かつ高弾性率な高強力ポリエチレン繊維の特徴を活かした用途での利用が期待される。 Furthermore, the polyethylene fiber of the present invention preferably has a creep life of 50 hours or more, more preferably 70 hours or more. With a creep life of 50 hours or more, the polyethylene fiber of the present invention has excellent creep properties. As for the mechanical properties of the polyethylene fiber of the present invention, the tensile strength is preferably 15 cN/dtex or more, more preferably 18 cN/dtex or more, still more preferably 20 cN/dtex or more. The polyethylene fiber of the present invention preferably has an initial elastic modulus of 900 cN/dtex or more, more preferably 1100 cN/dtex or more, and even more preferably 1200 cN/dtex or more. Polyethylene fibers with such mechanical properties are expected to be used in applications that take advantage of the characteristics of conventional high-strength polyethylene fibers with high strength and high elastic modulus.

本発明のポリエチレン繊維を得る製造方法としては、ゲル紡糸法によることが好ましい。具体的には、本発明のポリエチレン繊維の製造方法は、ポリエチレンを溶媒に溶解してポリエチレン溶液とする溶解工程と、上記ポリエチレン溶液を上記ポリエチレンの融点以上の温度でノズルから吐出し、吐出した糸条を冷媒で冷却する紡糸工程と、吐出された未延伸糸から溶媒を除去する乾燥工程、及び延伸する延伸工程と、延伸された延伸糸を巻き取る工程とを含むことが好ましい。以下それぞれの工程について説明する。 As a manufacturing method for obtaining the polyethylene fiber of the present invention, it is preferable to employ a gel spinning method. Specifically, the method for producing a polyethylene fiber of the present invention includes a dissolving step of dissolving polyethylene in a solvent to obtain a polyethylene solution, and discharging the polyethylene solution from a nozzle at a temperature equal to or higher than the melting point of the polyethylene, and discharging the discharged yarn. It is preferable to include a spinning step of cooling the filament with a coolant, a drying step of removing the solvent from the discharged undrawn yarn, a drawing step of drawing, and a step of winding the drawn drawn yarn. Each step will be described below.

<溶解工程>
本発明のポリエチレン繊維の推奨する製造に当たっては、溶剤に高分子量のポリエチレンを溶解してポリエチレン溶液を作製する。ポリエチレンの溶媒としては、例えば、デカリン、テトラリン等の揮発性の有機溶媒やパラフィン等の非揮発性の溶媒を用いることができる。さらに繊維内に有機シラン化合物を含めるため、この紡糸溶液内に有機シラン化合物を混ぜることが簡便である。しかし、繊維内へのシラン化合物の導入方法はこれに限定されるものでは無い。
<Dissolution process>
In the preferred manufacture of the polyethylene fibers of the present invention, a polyethylene solution is prepared by dissolving high molecular weight polyethylene in a solvent. Examples of solvents for polyethylene include volatile organic solvents such as decalin and tetralin, and non-volatile solvents such as paraffin. In addition, it is convenient to incorporate the organosilane compound into the spinning solution in order to include the organosilane compound within the fiber. However, the method of introducing the silane compound into the fiber is not limited to this.

上記ポリエチレン溶液におけるポリエチレンの濃度は0.5質量%以上、40質量%以下が好ましく、より好ましくは2.0質量%以上、30質量%以下、さらに好ましくは3.0質量%以上、20質量%以下である。ポリエチレンの濃度が0.5質量%以下の場合、生産効率が非常に悪くなることがある。一方、ポリエチレンの濃度が30質量%を超えると、分子量が非常に大きいことに起因し、ゲル紡糸法では後述するノズルから吐出することが困難になることがある。 The concentration of polyethylene in the polyethylene solution is preferably 0.5% by mass or more and 40% by mass or less, more preferably 2.0% by mass or more and 30% by mass or less, still more preferably 3.0% by mass or more and 20% by mass. It is below. If the concentration of polyethylene is 0.5% by mass or less, the production efficiency may be very poor. On the other hand, if the concentration of polyethylene exceeds 30% by mass, it may become difficult to discharge from a nozzle described later in the gel spinning method due to the extremely high molecular weight.

<紡糸工程>
上述したポリエチレン溶液を押出機など用いてポリエチレンの融点よりも10℃以上高い温度で、より好ましくは20℃以上高い温度で、更に好ましくは30℃以上高い温度で押出しを行い、定量供給装置を用いて紡糸ノズル(紡糸口金)に供給する。その後、ポリエチレン溶液を複数のオリフィスが配列した紡糸口金を通すことで糸条を形成する。紡糸口金の温度はポリエチレンの溶解温度より高くする必要があり、140℃以上であることが好ましく、より好ましくは150℃以上であり、ポリエチレンの熱分解温度未満とする。オリフィス直径は、0.2~3.5mmが好ましく、より好ましくは0.5~2.5mmであり、オリフィスより、例えば0.1g/min以上の吐出量で吐出する。
<Spinning process>
The polyethylene solution described above is extruded using an extruder or the like at a temperature higher than the melting point of polyethylene by 10°C or higher, more preferably at a temperature higher than 20°C or higher, still more preferably at a temperature higher than 30°C or higher, and a constant supply device is used. and supplied to the spinning nozzle (spinneret). After that, the polyethylene solution is passed through a spinneret in which a plurality of orifices are arranged to form threads. The temperature of the spinneret must be higher than the melting temperature of polyethylene, preferably 140° C. or higher, more preferably 150° C. or higher, and lower than the thermal decomposition temperature of polyethylene. The diameter of the orifice is preferably 0.2 to 3.5 mm, more preferably 0.5 to 2.5 mm.

次に、吐出したゲル糸状を冷却媒体で冷却しながら引き取る。このとき、800m/min以下の速度で引き取ることが好ましく、200m/min以下であることがより好ましい。引き取り速度が800m/minよりも速い場合、糸が切れやすくなることがある。冷却方法としては、例えば、空気や窒素等の不活性ガスによる乾式クエンチ法でもよいし、混和性の液体、もしくは水等の不混和性の液体を用いた冷却法でもよい。本発明の製造方法において推奨では、紡糸ノズルから吐出したゲル糸状を急激、かつ均一に冷却することが好ましい。そのため、水を用いた冷却法が好ましい。また、液体の温度は-10~60℃であることが好ましい。 Next, the ejected gel thread is collected while being cooled with a cooling medium. At this time, the take-up speed is preferably 800 m/min or less, more preferably 200 m/min or less. If the take-up speed is faster than 800 m/min, the yarn may easily break. The cooling method may be, for example, a dry quenching method using an inert gas such as air or nitrogen, or a cooling method using a miscible liquid or an immiscible liquid such as water. In the production method of the present invention, it is preferable to rapidly and uniformly cool the gel filament discharged from the spinning nozzle. Therefore, the cooling method using water is preferred. Also, the temperature of the liquid is preferably -10 to 60°C.

<乾燥・延伸工程>
上記紡糸工程で引き取った糸状(未延伸糸)を連続的に又は一旦巻き取った後、乾燥・延伸工程を行う。乾燥工程は溶媒を除去することが目的であり、溶媒の除去手段としては揮発性溶媒の場合には熱媒体雰囲気中で行ってもよいし、加熱ローラーを用いて行ってもよい。媒体としては、空気、窒素等の不活性ガス、水蒸気、液体媒体等が挙げられる。不揮発性溶媒を用いた場合は、抽出剤等を用いて抽出する方法が挙げられる。抽出剤としては、クロロホルム、ベンゼン、ヘキサン、ヘプタン、ノナン、デカン、エタノール、高級アルコール等を用いることができる。
<Drying/stretching process>
The filamentous (undrawn filament) taken in the spinning step is continuously or temporarily wound, and then dried and drawn. The purpose of the drying step is to remove the solvent, and as means for removing the solvent, in the case of a volatile solvent, the solvent may be removed in a heating medium atmosphere or using a heating roller. Examples of the medium include air, inert gas such as nitrogen, water vapor, liquid medium, and the like. When a non-volatile solvent is used, a method of extraction using an extractant or the like can be used. As extractants, chloroform, benzene, hexane, heptane, nonane, decane, ethanol, higher alcohols and the like can be used.

その後の延伸工程では、未延伸糸を加熱した状態で数倍に延伸する。延伸は1回でも複数回に分けて行ってもよいが、1回以上3回以下であることが好ましい。延伸工程は、熱媒体雰囲気中で行ってもよいし、加熱ローラーを用いて行ってもよい。媒体としては、空気、窒素等の不活性ガス、水蒸気、液体媒体等が挙げられる。 In the subsequent drawing step, the undrawn yarn is drawn several times while being heated. The stretching may be carried out once or in a plurality of times, but the stretching is preferably 1 time or more and 3 times or less. The stretching step may be performed in a heat medium atmosphere or may be performed using a heating roller. Examples of the medium include air, inert gas such as nitrogen, water vapor, liquid medium, and the like.

上述の乾燥工程と延伸工程は別々に行ってもよい。未延伸糸の延伸倍率は、延伸工程が1段の場合でも多段の場合でも合計の延伸倍率は1.5倍以上60倍以下であることが好ましく、より好ましくは3.0倍以上、50倍以下である。延伸倍率が1.5倍よりも低いと得られるポリエチレン繊維の引張強度が前述の値より低くなってしまう。また、延伸倍率60倍を超える場合は技術的、工業生産的に困難である。また、ポリエチレンの融点以下の高温で延伸を行うことが好ましい。複数回延伸する場合、後段に進むほど、延伸時の温度を高くすることが好ましく、延伸の最終段の延伸温度は、80℃以上、170℃以下が好ましく、より好ましくは90℃以上、160℃以下である。未延伸糸の延伸時間、すなわちマルチフィラメントの変形に要する時間は0.5分以上、20分以下であることが好ましく、より好ましくは15分以下、さらに好ましくは10分以下である。マルチフィラメントの変形時間が20分を越えると、分子鎖が延伸中に緩和してしまうため、単糸の強度が低下してしまうため好ましくない。 The drying and stretching steps described above may be carried out separately. The draw ratio of the undrawn yarn is preferably 1.5 times or more and 60 times or less, more preferably 3.0 times or more and 50 times, regardless of whether the drawing process is a single stage or a multi-stage drawing process. It is below. If the draw ratio is lower than 1.5 times, the tensile strength of the obtained polyethylene fiber will be lower than the above value. Moreover, when the draw ratio exceeds 60 times, it is technically and industrially difficult. Moreover, it is preferable to stretch|stretch at high temperature below the melting|fusing point of polyethylene. When stretching is performed multiple times, the temperature during stretching is preferably increased in the subsequent stages, and the stretching temperature in the final stage of stretching is preferably 80°C or higher and 170°C or lower, more preferably 90°C or higher and 160°C. It is below. The drawing time of the undrawn yarn, that is, the time required for deformation of the multifilament is preferably 0.5 minutes or more and 20 minutes or less, more preferably 15 minutes or less, and still more preferably 10 minutes or less. If the deformation time of the multifilament exceeds 20 minutes, the molecular chains are relaxed during drawing, and the strength of the single filament is lowered, which is not preferable.

<巻き取り工程>
延伸されたマルチフィラメント(ポリエチレン繊維)を好ましくは延伸終了から10分以内で巻き取ることが好ましい。また、延伸された糸を好ましくは0.001cN/dtex以上、5cN/dtex以下の張力で巻き取ることが好ましい。上記範囲内で巻き取ることで、マルチフィラメント中の断面方向における残留歪みを維持した状態で巻き取ることが可能となる。巻き取り時の張力が0.001cN/dtex未満の場合、残留歪みが小さくなり、断面方向の応力分布が不安定となってしまうため、結果としてマルチフィラメントを構成する各単糸において内層と外層との間で残留歪みの差が発現してしまう。また巻き取り張力を5cN/dtexよりも大きくするとマルチフィラメントを構成する単糸が切れやすくなる。
<Winding process>
The drawn multifilament (polyethylene fiber) is preferably wound up within 10 minutes from the end of drawing. Further, the drawn yarn is preferably wound with a tension of 0.001 cN/dtex or more and 5 cN/dtex or less. By winding the multifilament within the above range, it is possible to wind the multifilament while maintaining the residual strain in the cross-sectional direction. If the tension during winding is less than 0.001 cN/dtex, the residual strain becomes small and the stress distribution in the cross-sectional direction becomes unstable. A difference in residual strain appears between Further, when the winding tension is higher than 5 cN/dtex, the single filaments constituting the multifilament are likely to break.

<その他>
本発明のポリエチレン繊維に他の機能を付与するために、上記工程中に酸化防止剤、還元防止剤等の添加剤、pH調整剤、表面張力低下剤、増粘剤、保湿剤、濃染化剤、防腐剤、帯電防止剤、顔料、鉱物繊維、他の有機繊維、金属繊維、金属イオン封鎖剤等を添加してもよい。
<Others>
In order to impart other functions to the polyethylene fiber of the present invention, additives such as antioxidants and anti-reduction agents, pH adjusters, surface tension reducing agents, thickeners, humectants, and thick dyeing agents may be added during the above process. Agents, preservatives, antistatic agents, pigments, mineral fibers, other organic fibers, metal fibers, sequestering agents and the like may be added.

本発明のポリエチレン繊維は、例えば、組紐、撚糸、釣り糸、船舶用(係留索、タグライン等)、水産用、農業用、登山用、土木用、電設用、建設工事用の各種ロープ等、様々の製品に用いることができる。よって、これら製品も本発明の範囲に含まれる。 The polyethylene fiber of the present invention can be used, for example, in braided cords, twisted yarns, fishing lines, ropes for ships (mooring ropes, tag lines, etc.), fisheries, agriculture, mountaineering, civil engineering, electrical facilities, various ropes for construction work, and the like. can be used for the products of Therefore, these products are also included in the scope of the present invention.

以下に、本発明について実施例を用いて説明する。しかし、本発明は以下の実施例に限定されない。 EXAMPLES The present invention will be described below using examples. However, the invention is not limited to the following examples.

後述する実施例及び比較例で得られるポリエチレン繊維に対して、下記の測定および試験法で物性を測定し、性能を評価した。 The physical properties of the polyethylene fibers obtained in Examples and Comparative Examples to be described later were measured by the following measurement and test methods, and performance was evaluated.

(1)極限粘度
ウベローデ型毛細粘度管を用い、135℃のデカリン中で種々の希薄溶液の比粘度を測定し、その粘度を濃度に対してプロットし、最小二乗近似で得られる直線の原点への外挿点から、極限粘度を決定した。サンプルに対して1質量%の酸化防止剤(エーピーアイコーポレーション社製、「ヨシノックス(登録商標)BHT」を添加し、135℃で4時間攪拌溶解して測定溶液を調整した。
(1) Intrinsic viscosity Using an Ubbelohde-type capillary viscosity tube, the specific viscosity of various dilute solutions in decalin at 135°C is measured, the viscosity is plotted against the concentration, and the origin of the straight line obtained by least-squares approximation is obtained. The intrinsic viscosity was determined from the extrapolation point of . 1% by mass of an antioxidant ("Yoshinox (registered trademark) BHT" manufactured by API Corporation) was added to the sample, and stirred and dissolved at 135°C for 4 hours to prepare a measurement solution.

(2)分岐量
各試料、250mgをo-ジクロロベンゼン+p-ジクロロベンゼン-d4(7+3vol)に145℃で溶解、120℃でC-NMRを測定し、得られた13C-NMRスペクトルより以下の要領で見積もった。
ポリエチレンのエチレン連鎖ピークを30ppmとした時、メチル分岐由来のピークは37.5ppm付近に、エチル分岐由来のピークは34ppm付近に、ブチル分岐由来のピークは23.5ppm付近に検出される。エチレン連鎖ピークの積分値を1000とした時、37.5ppmのピーク積分値をA、34ppmのピーク積分値をB、23.5ppmのピーク積分値をCだった場合、メチル分岐量はA/2(個/1000C)、エチル分岐量はB/2(個/1000C)、ブチル分岐量はC/2(個/1000C)と算出することができる。
(2) Branching amount 250 mg of each sample was dissolved in o-dichlorobenzene + p-dichlorobenzene-d4 (7 + 3 vol) at 145 ° C., C-NMR was measured at 120 ° C., and the following procedure was performed from the obtained 13C-NMR spectrum. Estimated at
When the ethylene chain peak of polyethylene is 30 ppm, the peak derived from methyl branching is detected around 37.5 ppm, the peak derived from ethyl branching is detected around 34 ppm, and the peak derived from butyl branching is detected around 23.5 ppm. When the integral value of the ethylene chain peak is 1000, the peak integral value of 37.5 ppm is A, the peak integral value of 34 ppm is B, and the peak integral value of 23.5 ppm is C, the amount of methyl branching is A / 2 (number/1000C), the amount of ethyl branching can be calculated as B/2 (number/1000C), and the amount of butyl branching can be calculated as C/2 (number/1000C).

(3)繊維に含まれる有機シラン化合物の量
試料を約0.1g採取し、塩酸1ml、フッ化水素酸1ml、硝酸5mlを加えマイクロ波試料前処理装置(MultiwavePRO Anton Paar社製)にてlamp10分、900W20分間ホールドの条件により試料を酸に溶液化後、水で20mlに定容した。この試料液を水で2倍に希釈後、ICP発光分析測定装置(SUPECTRO社製、SUPECTRO BLUE TI)にてプラズマ出力1400W,プラズマガスフロー13.0L/min、補助ガス1.0L/min、ネブライザーガスフロー0.80L/minの条件でSiを定量した。Si標準溶液濃度は0、2.5、5.0、15.0mg/Lで検量線を作成し、Si測定波長251.612nmとしてSi定量を行った。
(3) Amount of Organosilane Compound Contained in Fiber About 0.1 g of a sample was collected, and 1 ml of hydrochloric acid, 1 ml of hydrofluoric acid, and 5 ml of nitric acid were added, and the sample was subjected to lamp 10 using a microwave sample pretreatment device (Multiwave PRO manufactured by Anton Paar). After dissolving the sample in acid under the conditions of 900W and hold for 20 minutes, the volume was adjusted to 20 ml with water. After diluting this sample solution twice with water, it was measured with an ICP emission spectrometer (SUPECTRO BLUE TI manufactured by SUPECTRO) with a plasma output of 1400 W, a plasma gas flow of 13.0 L/min, an auxiliary gas of 1.0 L/min, and a nebulizer. Si was quantified under the condition of a gas flow of 0.80 L/min. A calibration curve was prepared at Si standard solution concentrations of 0, 2.5, 5.0, and 15.0 mg/L, and Si was quantified at a Si measurement wavelength of 251.612 nm.

(4)繊度
位置の異なる5箇所でサンプルを各々10mにカットし、その重量を測定しその平均値を用いて繊度(dtex)を求めた。
(4) Fineness Samples were cut into 10 m lengths at five different positions, their weights were measured, and the fineness (dtex) was determined using the average value.

(5)引張強度・破断伸度・初期弾性率
JIS L1013 8.5.1に準拠して測定した。オリエンテック社製「テンシロン」を用いて、試料長200mm(チャック間長さ)、伸長速度100mm/分、雰囲気温度20℃、相対湿度65%条件下で歪―応力曲線を求め、得られた曲線の破断点での応力から引張強度(cN/dtex)を算出し、伸びから破断伸度を、曲線の原点付近の最大勾配を与える接線から弾性率(cN/dtex)を算出した。なお、測定回数は10回とし、その平均値で表した。測定時に試料に印加する初荷重を試料10000m当たりの質量(g)の1/10とした。
(5) Tensile strength/elongation at break/initial elastic modulus Measured according to JIS L1013 8.5.1. Using Orientec's "Tensilon", the strain-stress curve was obtained under the conditions of a sample length of 200 mm (length between chucks), an elongation speed of 100 mm / min, an ambient temperature of 20 ° C., and a relative humidity of 65%. The tensile strength (cN/dtex) was calculated from the stress at the breaking point, the elongation at break was calculated from the elongation, and the elastic modulus (cN/dtex) was calculated from the tangent line giving the maximum gradient near the origin of the curve. In addition, the number of times of measurement was set to 10, and the average value was shown. The initial load applied to the sample during measurement was 1/10 of the mass (g) per 10,000 m of the sample.

(6)クリープ測定
クリープ伸びを表すクリープ速度は、Journal Polymer Science,22,561(1984)に記載されている手法により求められる。本明細書でのクリープ測定は、動的粘弾性測定装置(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、DMA-Q800)を用いて、測定モードCreep Stressにて、試料の長さは10mmとし、測定温度は70℃、印加荷重は破断荷重の20%の条件で測定した。測定は破断に至るまで行って、測定経過時間1分におけるクリープ速度、伸度が3.0%に達したときのクリープ速度、破断に至るまでの時間(クリープ寿命)を各試料で評価した。
(6) Creep Measurement The creep rate, which represents creep elongation, is determined by the method described in Journal Polymer Science, 22, 561 (1984). The creep measurement in this specification is performed using a dynamic viscoelasticity measuring device (DMA-Q800, manufactured by TA Instruments Japan) in the measurement mode Creep Stress, with a sample length of 10 mm. , the measurement temperature was 70° C., and the applied load was 20% of the breaking load. The measurement was continued until rupture, and each sample was evaluated for creep rate at 1 minute elapsed time, creep rate when elongation reached 3.0%, and time until rupture (creep life).

(実施例1)
極限粘度18.6dl/g、炭素原子1000個あたり0.5個のエチル分岐を有する超高分子量ポリエチレンとビニルトリエトキシシランとデカヒドロナフタレン(デカリン)を重量比10.5:0.3:89.2で混合しスラリー状液体を形成させた。該物質を混合及び搬送部を備えた2軸スクリュー押出し機で溶解し、得られたポリエチレン溶液を紡糸口金から紡糸口金表面温度175℃で単孔吐出量1.5g/分で吐出した。紡糸口金に形成されたオリフィス数32個であり、オリフィス直径は0.8mmであった。吐出された糸状を引き取りつつ、20℃の水冷バスを速度60.0m/minで引き取りながら
糸状物を冷却し、32本の単糸からなる未延伸糸(未延伸マルチフィラメント)を得た。
(Example 1)
Ultra high molecular weight polyethylene having an intrinsic viscosity of 18.6 dl/g and having 0.5 ethyl branches per 1000 carbon atoms, vinyltriethoxysilane and decahydronaphthalene (decalin) in a weight ratio of 10.5:0.3:89. .2 to form a liquid slurry. The material was melted in a twin-screw extruder equipped with a mixing and conveying section, and the resulting polyethylene solution was extruded through a spinneret at a spinneret surface temperature of 175° C. and a single hole throughput of 1.5 g/min. The number of orifices formed in the spinneret was 32 and the orifice diameter was 0.8 mm. While the extruded filament was taken up, the filament was cooled while being taken up in a water-cooled bath at 20°C at a speed of 60.0 m/min to obtain an undrawn yarn (undrawn multifilament) consisting of 32 single filaments.

次に、未延伸マルチフィラメントを110℃の熱風で乾燥しながら1.5倍に延伸し、続いて140℃の熱風で2.0倍に延伸した。合計延伸倍率を3.0倍とし、マルチフィラメントを得た。得られたマルチフィラメントを150℃の熱風で3.0倍に延伸し、延伸した状態で直ちに延伸マルチフィラメントを巻き取った。延伸マルチフィラメントの製造条件、及び得られた延伸マルチフィラメント(ポリエチレン繊維)の物性、及び評価結果を表1および図1,2,3に示す。 Next, the unstretched multifilament was stretched 1.5 times while being dried with hot air at 110°C, and then stretched 2.0 times with hot air at 140°C. A multifilament was obtained by setting the total draw ratio to 3.0 times. The resulting multifilament was stretched 3.0 times with hot air at 150°C, and the stretched multifilament was immediately wound up in the stretched state. Table 1 and FIGS.

図1には、クリープ測定した際の測定経過時間に対するクリープ速度を示す。図2には、クリープ測定した際の伸度に対するクリープ速度を示す。図3には、破断に至るまでの時間(クリープ寿命)における、クリープ測定した際の測定経過時間に対するクリープ速度を示す。 FIG. 1 shows the creep rate with respect to the measurement elapsed time when the creep measurement was performed. FIG. 2 shows creep rate versus elongation when creep measurement was performed. FIG. 3 shows the creep rate with respect to the measured elapsed time in creep measurement in the time until rupture (creep life).

(比較例1)
実施例1において極限粘度17.5dl/g、炭素原子1000個あたり0.5個のメチル分岐を有する超高分子量ポリエチレンへ変更し、超高分子量ポリエチレンとビニルトリエトキシシランとの重量比を9.0:0.3:90.7へ変更した以外は、実施例1と同様にして延伸マルチフィラメントを得た。延伸マルチフィラメントの製造条件、及び得られた延伸マルチフィラメントの物性、及び評価結果を表1および図1,2,3に示す。
(比較例2)
実施例1においてビニルトリエトキシシランを除き、超高分子量ポリエチレンとデカリンの重量比を10.5:89.5に変更し、得られたマルチフィラメントを150℃の熱風で5.0倍に延伸した以外は、実施例1と同様にして延伸マルチフィラメントを得た。延伸マルチフィラメントの製造条件、及び得られた延伸マルチフィラメントの物性、及び評価結果を表1および図1,2,3に示す。
(Comparative example 1)
In Example 1, the ultra-high molecular weight polyethylene having an intrinsic viscosity of 17.5 dl/g and having 0.5 methyl branches per 1000 carbon atoms was used, and the weight ratio of ultra-high molecular weight polyethylene to vinyltriethoxysilane was changed to 9.5. A drawn multifilament was obtained in the same manner as in Example 1, except that the ratio was changed to 0:0.3:90.7. Table 1 and FIGS.
(Comparative example 2)
Vinyltriethoxysilane was removed from Example 1, and the weight ratio of ultra-high molecular weight polyethylene and decalin was changed to 10.5:89.5. A drawn multifilament was obtained in the same manner as in Example 1, except for the above. Table 1 and FIGS.

(比較例3)
実施例1においてビニルトリエトキシシランを除き、極限粘度19.0dl/g、分岐が無い超高分子量ポリエチレンに変更し、超高分子量ポリエチレンとデカリンとの重量比を9.0:91.0に変更し、得られたマルチフィラメントを150℃の熱風で3.7倍に延伸した以外は、実施例1と同様にして延伸マルチフィラメントを得た。延伸マルチフィラメントの製造条件、及び得られた延伸マルチフィラメントの物性、及び評価結果を表1および図1,2,3に示す。
(Comparative Example 3)
In Example 1, the vinyltriethoxysilane was removed, the intrinsic viscosity was 19.0 dl/g, the ultra-high molecular weight polyethylene without branching was used, and the weight ratio of the ultra-high molecular weight polyethylene and decalin was changed to 9.0:91.0. A drawn multifilament was obtained in the same manner as in Example 1, except that the obtained multifilament was drawn 3.7 times with hot air at 150°C. Table 1 and FIGS.

(比較例4)
実施例1において極限粘度17.0dl/g、炭素原子1000個あたり11.0個のメチル分岐を有する超高分子量ポリエチレンへ変更した以外は実施例1と同様にした。しかし、紡糸工程において糸切れが多発したため、マルチフィラメントは採取できなかった。
(Comparative Example 4)
The procedure of Example 1 was repeated except that the ultra-high molecular weight polyethylene having an intrinsic viscosity of 17.0 dl/g and having 11.0 methyl branches per 1000 carbon atoms was used. However, the multifilament could not be collected due to frequent yarn breakage in the spinning process.

(比較例5)
実施例1において超高分子量ポリエチレンとビニルトリエトキシシランとデカリンとを重量比10.5:3.6:85.9で混合し、スラリー状液体を形成させた以外は実施例1と同様にした。しかし、紡糸工程において糸切れが多発したため、マルチフィラメントは採取できなかった。糸切れしたサンプルの分析結果から繊維内に含まれる有機シラン化合物は5.8質量%であった。
(Comparative Example 5)
Example 1 was repeated except that ultra-high molecular weight polyethylene, vinyltriethoxysilane and decalin were mixed in a weight ratio of 10.5:3.6:85.9 to form a liquid slurry. . However, the multifilament could not be collected due to frequent yarn breakage in the spinning process. An analysis result of the sample with broken threads showed that the organic silane compound contained in the fibers was 5.8% by mass.

Figure 0007306375000001
Figure 0007306375000001

(考察)
実施例1と比較して比較例1~3は超高分子量ポリエチレンの分岐数と繊維内の有機シラン化合物の質量数が所定量では無く、あるいは有機シラン化合物が無く、あるいは超高分子量ポリエチレンに分岐が無い為、得られたマルチフィラメントのクリープ特性が劣る結果となった。また、比較例4および5ではマルチフィラメントを得られなかった。
(Discussion)
Compared with Example 1, in Comparative Examples 1 to 3, the number of branches of the ultra-high molecular weight polyethylene and the mass number of the organic silane compound in the fiber are not the predetermined amounts, or there is no organic silane compound, or the ultra-high molecular weight polyethylene is branched. , the creep property of the obtained multifilament was inferior. Moreover, in Comparative Examples 4 and 5, no multifilament was obtained.

本発明のポリエチレン繊維は、例えば、釣り糸、船舶用(係留索、タグライン等)、水産ロープ、農業用各種ロープ、登山ロープ、土木、電設、建設工事用の各種ロープ、ネット等に利用可能である。このように、本発明のポリエチレン繊維は、優れた性能を発揮でき、幅広く応用できるため、産業界へ大きく寄与できる。 The polyethylene fiber of the present invention can be used, for example, for fishing lines, ships (mooring ropes, tag lines, etc.), fisheries ropes, various agricultural ropes, mountaineering ropes, various ropes for civil engineering, electrical facilities, and construction work, nets, and the like. be. As described above, the polyethylene fiber of the present invention can exhibit excellent performance and can be widely applied, so that it can greatly contribute to the industrial world.

Claims (3)

極限粘度[η]が10.0dL/g以上、30.0dL/g以下で、その繰り返し単位が94%以上のエチレンからなり、炭素原子1000個あたり0.3以上、8.0個以下のエチル基を有するポリエチレン繊維であり、繊維内のビニルトリエトキシシランが0.3質量%以上、3.0質量%以下であることを特徴とし、
測定温度が70℃、測定荷重が破断荷重20%におけるクリープ測定において、経過時間1分におけるクリープ速度が2.5×10 -4 /sec以下であり、伸度3.0%に達したときのクリープ速度が1.0×10 -5 /sec以下、クリープ寿命が50時間以上であり、
且つ、引張強度が25cN/dtex以上、初期弾性率が900cN/dtex以上であることを特徴とするにポリエチレン繊維。
Intrinsic viscosity [η] of 10.0 dL/g or more and 30.0 dL/g or less, 94% or more of the repeating unit is ethylene, and 0.3 or more and 8.0 or less ethyl per 1000 carbon atoms It is a polyethylene fiber having a group, and vinyltriethoxysilane in the fiber is 0.3% by mass or more and 3.0% by mass or less,
In creep measurement at a measurement temperature of 70°C and a measurement load of 20%, the creep rate at an elapsed time of 1 minute is 2.5 × 10 -4 /sec or less, and the elongation reaches 3.0%. a creep rate of 1.0×10 −5 /sec or less and a creep life of 50 hours or more;
A polyethylene fiber characterized by having a tensile strength of 25 cN/dtex or more and an initial elastic modulus of 900 cN/dtex or more.
請求項1に記載のポリエチレン繊維を含むことを特徴とする製品。 A product comprising the polyethylene fibers of claim 1. 組紐、撚糸、釣糸、ロープ、またはネットである請求項2に記載の製品。 3. The article of claim 2, which is a braid, strand, fishing line, rope, or net.
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