JP7437624B2 - 耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体、及び、耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体の製造方法 - Google Patents
耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体、及び、耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体の製造方法 Download PDFInfo
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- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/24—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
Description
本発明の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体は、赤外分光法による測定で、C=O伸縮振動に由来する波数1732cm-1の吸光度高さAとベンゼン環の炭素と炭素間の伸縮による骨格振動に由来する波長1600cm-1の吸光度高さBとの吸光度高さ比(A/B)が0.42以上であることを特徴とする。
本発明で用いる前記ポリフェニレンエーテル成形体は、ポリフェニレンエーテル成分を含むものである。
で表される繰り返し単位を有する単独重合体、又は異なる2種以上の一般式(1)の繰り返し単位を含有する共重合体や、前記一般式(1)の繰り返し単位と一般式(1)以外の繰り返し単位を有する共重合体を挙げることができる。
前記転位構造を有するポリフェニレンエーテルとしては、例えば、下記一般式(2):
で表される転位構造を有するポリフェニレンエーテル成分を含むポリフェニレンエーテルとすることが好ましい。このような転位構造を有することで、溶融成形が可能な程度に流動性が向上して、溶融紡糸繊維や不織布等を形成することができるものである。
本発明で用いるポリフェニレンエーテル成形体には、前記ポリフェニレンエーテル成分以外の樹脂成分を含むことができる。ポリフェニレンエーテル以外の樹脂成分としては、スチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンやポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド10、ポリアミド11、ポリアミド66、ポリアミド6T、ポリアミド6T/11等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート等を挙げることができる。但し、その含有量は、5質量%以下であることが好ましく、2質量%以下であることがより好ましく、含まない(0質量%)ことがさらに好ましい。
また、本発明で用いるポリフェニレンエーテル成形体において、ポリフェニレンエーテルの含有量が、成形体を形成する全成分中95質量%以上であることが好ましく、98質量%以上であることがより好ましく、実質的にポリフェニレンエーテルのみ(100質量%)からなることがさらに好ましい。ポリフェニレンエーテル成形体における前記ポリフェニレンエーテルの含有量が前記範囲にあることで、得られた成形体の機械的強度に優れるのみならず、耐熱性、耐薬品性、難燃性等に優れるものであり、好ましい。
<<ポリフェニレンエーテル繊維>>
ポリフェニレンエーテル成形体が、ポリフェニレンエーテル繊維である場合、当該ポリフェニレンエーテル繊維の製造方法としては、溶融紡糸や乾式紡糸や湿式紡糸等の各種製造方法により製造することができる。これらの中でも、生産性が高くできること等から、溶融紡糸が好ましい。
ポリフェニレンエーテル短繊維は、例えば、前記ポリフェニレンエーテル繊維を合糸してトウ状にした繊維をカットすることにより得ることができる。
ポリフェニレンエーテル不織布の製造方法としては、特に限定されるものではなく、本分野において通常用いられる方法を適宜採用することができる。不織布の製造方法としては、例えば、スパンボンド法、メルトブロー法、スパンレース法、ニードルパンチ法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法等を挙げることができる。これらの中でも、スパンボンド法が好ましい。
ポリフェニレンエーテル布帛は、前記ポリフェニレンエーテル繊維から形成されるものである。前記布帛は、さらに、全芳香族ポリエステル繊維、ポリベンゾオキサゾール(PBO)繊維、ポリベンゾイミダゾール(PBI)繊維、ポリベンゾチアゾール(PBTZ)繊維、ポリイミド(PI)繊維、ポリスルホンアミド(PSA)繊維、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)繊維、ポリエーテルイミド(PEI)繊維、ポリアリレート(PAr)繊維、メラミン繊維、フェノール繊維、フッ素系繊維、ポリフェニレンスルフィド(PPS)繊維、セルロース繊維、ポリオレフィン繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維、コットン繊維、獣毛繊維、ポリウレタン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、アセテート繊維、及びポリカーボネート繊維からなる群より選択される一種以上の繊維を含んでいてもよい。
前述の通り、本発明の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体としては、代表的には、耐炎化ポリフェニレンエーテル繊維、耐炎化ポリフェニレンエーテル不織布、又は耐炎化ポリフェニレンエーテル布帛を挙げることができるが、例えば、耐炎化ポリフェニレンエーテルフィルム等も挙げることができる。これらの製造方法としては、本分野において通常用いられている方法により製造することができる。なお、実施例に記載の各測定方法は、耐炎化PPE繊維、耐炎化PPE不織布、耐炎化PPE布帛についての測定方法を記載しているが、例えば、耐炎化PPEフィルム等のその他の成形体においても実施例に記載の測定方法を準用して測定することができる。
本発明の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体の製造方法は、ポリフェニレンエーテル成形体を、空気中で、120~240℃で、1~30時間熱処理して不融化し(不融化処理)、空気中で、260~400℃で、0.1~10時間熱処理して耐炎化する(耐炎化処理)ことを特徴とする。
前記耐炎化ポリフェニレンエーテル短繊維は、例えば、耐熱バインダー、C/Cコンポジット、産業用ブラシ、及びブレーキ材等に用いることができる。
乾式自動密度計(製品名:アキュピックII1340、(株)島津製作所製)を用い、10cm3のセルにサンプルが8割程度になるように詰めて、ヘリウムガスにて測定した。
JIS L-1095 9.4.1に記載の方法で測定した。
JIS L1013 8.5.1に準拠して測定した。繊維の場合、単繊維で評価し、チャック間距離は10mm、引張速度は10mm/minで測定した。不織布の場合は、幅25mm、長さ100mmにサンプリングし、チャック間距離が50mm、引張速度は100mm/minで測定した。引張伸度は強度が最大となるときの伸度とした。
実施例1~5、比較例1~5で得られた繊維を乳鉢で粉末にし、KBrと混ぜて錠剤にして、測定試料とした。また、実施例6~10、比較例7、8で得られた不織布はそのまま測定試料とした。
赤外分光光度計(FTIR)(製品名:3100FT-IR/600UMA、バリアン社製)を用い、得られた試料を顕微透過法により以下の条件で吸光度を測定した。
(測定条件)
視野:80mm×80mm
測定波長範囲:400cm-1から4000cm-1
積算回数:128回
分解能:4cm-1
得られたスペクトルの、波長1550~1480cm-1の最小値及び1900~1800cm-1の最小値を結ぶ基準線を引き、当該基準線からのピーク高さ(ピーク吸光度高さ)で評価を実施した。
1742~1722cm-1のピーク高さを吸光度高さA、1610~1590cm-1のピーク高さを吸光度高さBとし、A/Bの値で規定した。
TGA Q50を用いて、サンプル10mgをアルミパンに詰め、20℃から480℃まで20℃/minで昇温し、150℃での重量(%)と400℃での重量(%)の差を測定した。
各サンプルを400℃のオーブンに入れ10分処理した後のサンプルの強度を、前記「(3)引張強度、引張伸度」に記載の方法で測定し、以下の式より400℃強力保持率を求めた。
400℃強力保持率(%)=(処理後のサンプル強度)/(処理前のサンプル強度)×100
各サンプルを400℃のオーブンに入れ10分処理した後のサンプルの伸度を、前記「(3)引張強度、引張伸度」に記載の方法で測定し、以下の式より400℃伸度保持率を求めた。
400℃伸度保持率(%)=(処理後のサンプル伸度)/(処理前のサンプル伸度)×100
JIS L 1091 E法に準拠して測定した。酸素指数の決定は50mm以上燃焼し続けた時で、点火器の熱源はプロパンガスを用いた。繊維は、約5mm程度の短繊維にし、水に分散させて抄紙し、220℃でヒートカレンダー加工した。サイズは直径25mmの円形で、目付は140g/m2となるように作製した。不織布は加工せずにそのまま評価した。
(9-1)自己消火性
サンプルにバーナーで10秒接炎し、炎を離したあと、炎が消えるかを評価した。ガスはメタンガスを用いた。10秒以内に炎が消えたものを自己消火性がある(〇)と判断し、10秒以内に炎が消えなかったものを自己消火性がない(×)と判断した。
(9-2)収縮・変形
サンプルにバーナーで10秒接炎し、炎を離したあと、サンプルが収縮・変形しているかを評価した。ガスはメタンガスを用いた。サンプルが収縮・変形していないものを〇、サンプルが収縮・変形しているものを×として、評価した。
実施例1
ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)(PPO640、ガラス転移点温度(Tg):221℃、SABIC Innovative Plastic製)を、(株)テクノベル製2軸押出機(製品名:KZW15TW-30MG)を用いて押出した。前記2軸押出機は、シリンダーが4ゾーンを有しており、ホッパー側からシリンダーをそれぞれ、シリンダー1、2、3、4とし、シリンダー1~3は280℃に設定し、シリンダー4およびシリンダーヘッド部は300℃に設定し、スクリュー回転数は700rpmに設定してスクリューの周速を33.0m/minとした。
用いた原料PPEの種類、耐炎化処理の条件を表1に示す通り変更した以外は実施例1と同様の方法により、耐炎化ポリフェニレンエーテル繊維を製造した。各評価結果は表1に示す。
実施例1で得られたポリフェニレンエーテル溶融紡糸繊維(耐炎化処理なし)を用いて各種評価を行った。各評価結果は表1に示す。
パラ系アラミド繊維(製品名:ケブラー、東レ・デュポン製)(耐炎化処理なし)を用いて各種評価を行った。各評価結果は表1に示す。
アクリロニトリル(PAN)系耐炎化不織布(製品名:NEW LASTAN TOP5150Z、旭化成(株)製)の単繊維を用いて各種評価を行った。各評価結果は表1に示す。
ノボロイド繊維(製品名:カイノール、群栄化学工業(株)製)を用いて、各種評価を行った。各評価結果は表1に示す。
耐炎化処理(280℃、2時間の熱処理)を行わず、不融化処理(180℃、16時間の熱処理)のみを行った以外は実施例1と同様の方法により処理をして、ポリフェニレンエーテル繊維を製造した。各評価結果は表1に示す。
不融化処理(180℃、16時間の熱処理)を行わず、耐炎化処理(280℃、2時間の熱処理)のみを行った以外は実施例1と同様の方法により処理をしたが、耐炎化処理の際にポリフェニレンエーテル繊維が溶融してしまい、耐炎化繊維は得られなかった。
実施例6
ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンエーテル)(PPO640、ガラス転移点温度(Tg):221℃、SABIC Innovative Plastic製)を、(株)テクノベル製2軸押出機(製品名:KZW15TW-30MG)を用いて押出した。前記2軸押出機は、シリンダーが4ゾーンを有しており、ホッパー側からシリンダーをそれぞれ、シリンダー1、2、3、4とし、シリンダー1~3は280℃に設定し、シリンダー4およびシリンダーヘッド部は300℃に設定し、スクリュー回転数は700rpmに設定した。
用いた原料PPEの種類、耐炎化処理の条件を表2に示す通り変更した以外は実施例6と同様の方法により、耐炎化ポリフェニレンエーテル不織布を製造した。各評価結果は表2に示す。
実施例2で得られたポリフェニレンエーテル不織布(耐炎化処理なし)を用いて各種評価を行った。各評価結果は表2に示す。
アクリロニトリル(PAN)系耐炎化不織布(製品名:NEW LASTAN TOP5150Z、旭化成(株)製)を用いて評価した。各評価結果は表2に示す。
実施例11
実施例1で得られたポリフェニレンエーテル繊維を合糸してトウ状にした繊維を、ギロチンカッターで50mmの繊維長にカットして短繊維を得た。得られた短繊維を空気雰囲気下で200℃×120min、210℃×20min、220℃×20min、250℃×120min、280℃×120min、320℃×120minの順に熱処理して耐炎化ポリフェニレンエーテル短繊維を作製した。
JIS L1013 8.5.1に準拠して測定した。最高荷重時の応力を引張強度とし、最高荷重時の伸び率を引張伸度とした。
5cmに切り出した耐炎化ポリフェニレンエーテル短繊維を、末端を固定しない状態で190℃に保たれた空気恒温槽中で10分間保持した後の繊維長(Xcm)から、次式を用いて算出した。ただし、5cmの短繊維が取れない場合は、適宜長さを変えて測定しても良い。
高温収縮率(%)=<X/5>×100
(5cmの短繊維が取れない場合は<X/処理前の長さ>×100)
JIS L1013に準拠し、サンプルを120℃の雰囲気中で絶乾した後、温度20℃かつ相対湿度65%RHにおいて72時間調整し、絶乾状態でのサンプルの質量に対するサンプル中に含まれる水分率を算出し、これを百分率(%)にて表した。
STM E662に準拠して測定した。
BSS 7239に準拠して測定した。
実施例12
実施例1で得られたポリフェニレンエーテル繊維を用いて製織して、目付け150g/m2の平織物を得た。得られた平織物を空気雰囲気下で200℃×120min、210℃×20min、220℃×20min、250℃×120min、280℃×120min、320℃×120minの順に熱処理して耐炎化ポリフェニレンエーテル布帛を作製した。
STM E662に準拠して測定した。
BSS 7239に準拠して測定した。
JIS L 1091 E法に準拠して測定した。酸素指数の決定は50mm以上燃焼し続けた時で、点火器の熱源はプロパンガスを用いた。
10cm角に切り出した耐炎化ポリフェニレンエーテル布帛を、末端を固定しない状態で190℃に保たれた空気恒温槽中で10分間保持した後の布帛長(Xcm)から、次式を用いて算出した。
高温収縮率(%)=<X/10>×100
2 押出機
3 ギアポンプ
4 フィルター
5 紡糸ノズル
6 濾材
7 保温スペース
8 不活性ガスの導入
9 加熱トーチ
Claims (15)
- 赤外分光法による測定で、C=O伸縮振動に由来する波数1732cm-1の吸光度高さAとベンゼン環の炭素と炭素間の伸縮による骨格振動に由来する波長1600cm-1の吸光度高さBとの吸光度高さ比(A/B)が0.42以上であることを特徴とする耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体(但し、中空糸炭素膜を除く)。
- 150℃と400℃における重量減少率の差が5.0%以下であることを特徴とする請求項1に記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- 比重が1.2以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- LOI値が35以上であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- 400℃における強力保持率が40%以上であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- 前記耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体が、耐炎化ポリフェニレンエーテル繊維であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- 繊度が100dtex以下であることを特徴とする請求項6に記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- 前記耐炎化ポリフェニレンエーテル繊維が、耐炎化ポリフェニレンエーテル短繊維であることを特徴とする請求項6又は7に記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- 前記耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体が、耐炎化ポリフェニレンエーテル不織布であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- 耐炎化ポリフェニレンエーテル不織布を形成するポリフェニレンエーテル繊維の繊度が100dtex以下であることを特徴とする請求項9に記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- 前記耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体が、耐炎化ポリフェニレンエーテル布帛であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体。
- ポリフェニレンエーテル成形体を、空気中で、120~240℃で、1~30時間熱処理して不融化し、空気中で、260~400℃で、0.1~10時間熱処理して耐炎化することを特徴とする耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体の製造方法(但し、製膜原液中、15~40重量%の濃度となる量のポリフェニレンオキサイドおよび該ポリフェニレンオキサイドに対して0.2~3.0重量%の割合となる量の硫黄を、これらを溶解可能な溶媒に溶解させた炭素膜用製膜原液を調製し、該炭素膜用製膜原液を二重環状ノズルを用いて、非溶媒誘起分離法による紡糸法により中空状に成形し、空気中で200~240℃で架橋処理した後、250~350℃で加熱して不融化処理し、さらに不活性雰囲気または真空中で450~850℃で加熱して炭化処理を行う中空糸炭素膜の製造方法を除く)。
- 前記ポリフェニレンエーテル成形体が、ポリフェニレンエーテル繊維であることを特徴とする請求項12に記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体の製造方法。
- 前記ポリフェニレンエーテル成形体が、ポリフェニレンエーテル不織布であることを特徴とする請求項12に記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体の製造方法。
- 前記ポリフェニレンエーテル成形体が、ポリフェニレンエーテル布帛であることを特徴とする請求項12に記載の耐炎化ポリフェニレンエーテル成形体の製造方法。
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