JPH01192812A

JPH01192812A - 耐熱・耐薬品性に優れ高強力な繊維及びその製造方法

Info

Publication number: JPH01192812A
Application number: JP1175888A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kimura; 元木村; Hiroyasu Kato; 博恭加藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1988-01-20
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1989-08-02
Also published as: JPH0429765B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野］本発明は、耐熱性及び耐化学薬品性に優れかつ高強力な
ポリテトラフルオロエチレンからなる繊維とその製造方
法に関する。

［従来の技術］ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す）
は、樹脂等の分野において成型加工用途に供されている
が、ポリマ自体融点が約３２７℃と高くかつ融液は極め
て高粘度なため溶融成型は困難である。また、ポリマの
耐薬品性に優れることが逆に溶剤の選択を極めて制限せ
しめ、湿式での加工もほとんど不可能である。

まして、繊維化に際しては、直接通常の溶融紡糸もしく
は湿式紡糸の手法によることはできず、特殊な製糸手法
が採用されてきたものであり、例えば、該ポリマのエマ
ルジョン溶液に例えばセルロース系などの適当なバイン
ダを混合して紡糸した後、■マルジョン溶媒を脱離せし
め、さらに該糸条を焼結せしめることによってバインダ
成分のみを除去しＰＴＦＥポリマのみからなる繊維を得
る方法などがある。しかしながら、この方法で得られる
繊維は、ボイドを有していることなどの欠陥が多く、強
度はせいぜい１〜２　ｇ／ｄと極めて低く各種資材用途
等に展開するにはおのずと限界がある。

また、特開昭５７−６１７０９号公報には、特殊口金を
使用し、かつ口金加熱によってＰＴＦＦポリマを直接溶
融紡糸する方法が提案されているが、この方法でもポリ
マの特異な溶融特性のため連続的繊維を安定に紡糸する
のは不可能である。

その他、特公昭６１−３４３４６号公報には、ＰＴＦＥ
からなる外科手術用縫合糸に関し記載されている。該縫
合糸の引張強度は繊度５００デニールの縫合糸で約５Ｑ
／ｄとされている。しかしながら、該縫合糸は、いわゆ
るバーストファイバ法にて形成されるもので、多数のフ
ィブリルからなる構造を有し、補強効果を目的として、
これらのフィブリルを微小結節で所々結び合わせること
で初めてこのような強度値を達成したもので、本質的に
、耐熱・耐薬品性に優れ高強力であるというＰＴＦＥ繊
維を実現化し得たわけではない。

［発明が解決しようとする課題］本発明の目的は、上記したような点に鑑み、実質的にＰ
ＴＦＥからなる繊維を高強力化することで力学特性を大
きく向上せしめ、優れた機械特性に加えてＰＴＦＥポリ
マが元来備えている高度の耐熱安定性および耐化学薬品
性をも併せ持つ、従来の有機４１Ｍでは実現が困難であ
った高性能繊維とその製造方法を提供せんとするもので
ある。

［課題を解決するための手段］上記した目的を達成する本発明の熱耐薬品性に優れ高強
力な繊維は、繊維軸方向及びこれに直交する方向に、実
質的に連続かつ一様な構造を有し、引張強度が３　ｇ／
ｄ以上のポリテトラフルオロエチレンからなることを特
徴とする耐熱・耐薬品性に優れ高強力な繊維でおる。

また、本発明の熱耐薬品性に優れ高強力な繊維の製造方
法は、ポリテトラフルオロエチレンを、フッ素系炭素化
合物に一部又は全部溶解せしめた液体を紡糸原液として
用いることを特徴とするポリテトラフルオロエチレンか
らなることを特徴とする耐熱・耐薬品性に優れ高強力な
繊維の製造方法である。

［作用コ以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の繊維は、実質的にポリテトラフルオロエチレン
からなるが、１０モル％未満の範囲で他の成分を含有し
ていてもよい。かかる成分としては、例えばポリフッ化
エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエ
チレン、ポリへキサフルオロプロピレン、ポリパーフル
オロアルキルビニルエーテル、ポリクロロトリフルオロ
エチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられ
るが、これらに限定されるものではない。これらの成分
は共重合組成として含有されていてもよく、あるいはポ
リマブレンドの形で含有されていてもよい。

また、本発明の繊維は、ｌｉＡＭ軸方向及びこれに直交
する方向に、実質的に連続かつ一様な構造を有している
ものであり、無数のボイド構造を有している従来のもの
とは実質的に相違してなるものである。

本発明の繊維は、フィラメントであってもよく、ステー
ブルであってもよい。また、クリンパなどを用いて捲縮
をかけられていてもよく、あるいはトウやスライバの形
に集めてもよい。また、織物、編物、不織布、フェルト
等の布帛にも加工できる。

本発明の繊維は、原着等の手段で着色させることができ
る。あるいは、可染性成分のポリマへの導入により染め
ることもできる。

本発明の繊維は高結晶性である。また、引張特性に優れ
、強度は３　ｇ／ｄ以上である。また、耐熱性に優れ、
ことに高温下での耐酸化安定性が極めて良い。また、限
界酸素指数は９５％程度で不燃性を示す。さらに、耐化
学薬品性が後群で通常の条件下では有機溶剤、酸、アル
カリにも実質的に侵されない。上記の引張強度の上限は
、１０（７／ｄ程度まで、さらにそれ以上の強力範囲の
実現も可能である。

本発明の繊維は、耐光性にすぐれ、紫外線を長時間照射
しても強伸度等の物性低下は極く僅かである。

本発明の繊維の断面形状は、特に限定されるものではな
い。従って、例えば、円形、楕円形、繭形、星形、三角
、多角形、中空などのようなものであっても効果は同じ
である。

本発明の繊維は、優れた力学的特性、耐熱性、耐化学薬
品性、耐光性、不燃性をすべて兼ね備え、従来の有機繊
維に対し際立った優位性を持っているものである。

これに対して、例えば、″ケブラー″（米国デュポン社
　登録商標）に代表される芳香族ポリアミド繊維は、力
学特性、耐熱性は優れるが、酸性もしくはアルカリ性条
件下では、加水分解による物性低下が著しく、紫外線安
定性も悪く、また耐燃焼性も不十分なものである。また
、ポリエチレンの高強力・高弾性率繊維は力学特性、耐
薬品性は良いが、耐熱性が極めて悪く１５０℃未満で溶
融してしまい、さらに耐光性も十分でない。その他、ポ
リパラフェニレンスルフィド繊維は、耐薬品性は優れる
が、約２８０’Ｃ近傍で融解するため耐熱性は悪く、し
かも耐酸化安定性が極めて悪いのが重大な欠点である。

また、力学特性、耐光性、耐燃性等の性質も不十分であ
る。

ななあまた、特開昭５０−２２８８１号公報には、ＰＴ
ＦＥの粉末をミネラルスピリットの如きワックス状潤滑
剤と混練したものから、成型加工法によりフィルムやガ
ツト様棒状物を製造し、該潤滑剤を除去した後、高い倍
率で延伸せしめ″ボアテックスの如き巨視的フィブリル
構造を有する多孔性フィルムや多孔性繊維を得る方法に
ついて述べられている。また、特公昭６１−３４３４６
号公報の外科手術用縫合糸も、上述の特許公報に示され
る方法で得られている。従って、本発明の繊維及び製造
法は、次の点でこれらの従来技術とは全く異なる。すな
わち、本発明で用いる紡糸原液は、ＰＴＦＥポリマをフ
ッ素系炭素化合物に溶解した溶液であり、上記特許公報
に示されるポリマの微粒子を単にペースト状に分散させ
たちのとは本質的に異なる。また、上述公報の製糸法に
よれば、ＰＴＦＥポリマの分子鎖の配向及び結晶化とい
った繊維微細構造の発現に寄与される割合は極めて小さ
く繊維は実質的に無定形である。これに対し本発明の繊
維は、ポリマ溶液を紡糸原液とし、流動配向によりポリ
マ分子鎖を引き揃えながら固化せしめて繊維形状を形成
し、さらに延伸及び／又は熱処理工程を経て配向結晶化
を完結せしめるので高い結晶性を有する。さらに、本発
明の繊維は、繊維軸方向及びこれに直交する方向に、連
続かつ一様、均一な構造を有するのに対し、上記従来技
術の繊維は、微小結節を所々に含む不均一な構造を有す
る。

本発明の紡糸原液は、例えば、次のようにして得られる
ものである。

すなわち、ＰＴＦＥポリマを３００℃〜４００°Ｃ程度
に加熱したフッ素系炭素化合物に溶解せしめる。溶解温
度は、ＰＴＦＥポリマの融点近傍の３２０℃以上が好ま
しい。溶解の方法としては、融解したフッ素系炭素化合
物にポリマを添加し溶解していく方法、固体状のフッ素
系炭素化合物とＰ丁ＦＥポリマを予め十分混合してから
、該混合物を融解せしめ、攪拌しながら溶解せしめる方
法などがある。ＰＴＦＥポリマの形状としては、粉末、
ペレット状などが用いられる。溶解性の観点から、好ま
しくは、粉末状、ざらに好ましくは粒子径が１００μ以
下の微粉末が適当である。ＰＴＦＥポリマの分子量とし
ては３万〜５０００万程度がよい。３万未満では、得ら
れる繊維の強度は低く、また、５０００万を越えるとポ
リマの溶解性が極めて悪くなる。高強力化のためには、
分子量が５万〜３００．０万が好ましく、さらに好まし
くは１０万〜２０００万が適当である。溶媒として用い
るフッ素系炭素化合物としては、パーフルオロ化合物が
適当である。例えば、炭素−フッ素のみからなる化合物
、あるいは炭素−フッ素以外にエーテル結合を有する化
合物あるいはこれらの混合物などが好ましく用いられる
。上記以外の原子を含む化合物では、ポリマ溶解能が小
さい。上記の化合物は直鎖状でもよく分岐を有′する鎖
状物でもよい。さらに、これらは飽和化合物であっても
よく不飽和化合物であってもよい。ざらに好ましくは、
Ｈａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、　１８　（６）　、　
１２２２（１９８５）に記載されている飽和炭素−フッ
素化合物で炭素数が２０〜３００程度の、四フッ化エチ
レンのオリゴマ等が適当である。該オリゴマとＰ丁ＦＥ
ポリマとから形成されるポリマ溶液中のポリマ濃度の範
囲は２〜２０ｗｔ％程度が好ましい。かくして得られる
ＰＴＦＥの溶液は、例えば、ポリマ濃度が’ｌＱｗｔ％
のときＰＴＦＥポリマの分子量にもよるが、分子量５万
程度では透明な溶液となるのに対し、分子量数１００万
〜１０００万程度ではゲルに近い溶液となる。さらに、
このゲル状溶液に剪断変形を賦与したときいわゆるシシ
ュー力パブ様のラメラの成長した高次構造をとる。

かくして得られる溶液は、曳糸性を有し、紡糸原液とし
て次の製糸工程に供する。製糸法としては、例えば、該
ポリマ溶液を融点以上に加熱し、口金から押出し冷却媒
体中にクエンチせしめ、糸条を形成させる。上記の加熱
温度は、３００〜４ｏｏ’ｃ程度が好ましい。また、ク
エンチ法としては、ポリマ溶液を口金から、空気中ある
いは窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性気体中に押
出す方法、あるいは、ポリマ溶液を口金から、空気中あ
るいは窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性気体中に
押出した後、さらに液体中を通じる方法、あるいは、ポ
リマ溶液を口金から直接液体中に導く方法などが挙げら
れる。かかる液体としては、ポリマに対し不活性な物質
が好ましく用いられるが、特にこれに限定されるもので
はない。糸条の形成方法としては、上記のように、口金
を用いる方法以外に、融点以上に加熱した該ポリマ溶液
が曳糸性を有することを利用して、次のような方法も好
ましい。すなわち、例えば、該溶液中に金属棒やガラス
棒などを挿入した後、引張ると棒にポリマ溶液が付着し
てくるので、この糸条を巻き取ることもできる。これら
の方法で得られる糸条は、溶媒として用いたフッ素系炭
素化合物を含むが、このまま、該フッ素系炭素化合物を
除去せずに延伸及び熱処理工程に供することも可能であ
る。あるいは、例えば、ヘキサフルオロベンゼン、パー
フルオロジブチルエチル、パーフルオロジブチルアミン
、パーフルオロケロセン、″フレオン″系溶剤などの含
フツ素系低分子化合物などで抽出除去したり、あるいは
超音波などの物理的手段で除去した後、延伸工程に供す
ることも可能である。

延伸は、冷延伸でもよいが、繊維の配向及び／又は結晶
化を促進するため１００〜３２０℃の熱延伸が好ましい
。かかる延伸操作は一段でもよく、多段で行なってもよ
い。該延伸糸をさらに、熱処理工程に供することで、繊
維微細構造を緻密化せしめ、高強力化できる。該熱処理
温度は、延伸温度よりも高いことが好ましい。また、該
熱処理は無張力下で行なってもよく、張力存在下で行な
ってもよい。延伸及び／又は熱処理の操作は、空気中で
行なってもよく、不活性気体中で行なってもよい。かく
して、ＰＴＦＥの高強力糸を得ることができる。

該高強力糸は、ＰＴＦＥ単独のみからなってもよく、溶
媒のフッ素系炭素化合物を含んでいてもよい。上記製糸
法以外に、例えば、超高強力ポリエチレン繊維の製造工
程で用いられるゲル紡糸・超延伸法、あるいはその他に
ゾーン延伸・熱処理法、高周波加熱延伸法、マイクロ波
加熱延伸法などの手段も好ましく用いられる。

以下、実施例によって、さらに詳しく本発明を説明する
。

「実施例］以下、実施例により、さらに本発明を具体的に説明する
。

実施例１分子量約３００万のポリテトラフルオロエチレン（米国
デュポン社　“’Ｔｅｆｌｏｎ”）を分子間約３０００
の四フッ化エチレンのオリゴマに３４０’Ｃに加熱しな
がら徐々に溶解せしめポリマ濃度が９．２％の溶液を得
た。該溶液の粘度は非常に高くゲル状であった。この溶
液を、試料台に恒温溝を取り付けた偏光顕微鏡にて降温
過程の挙動を観察したところ、３０２℃以下の温度で球
晶様の模様が見られた。また、３４０’Ｃに加熱した該
溶液をガラス板にはさみ、剪断変形を賦与したのち、冷
却するとラメラが成長したシシューカパブのような模様
が顕微鏡にて観察された。

かくして得られたゲル状ポリマ溶液を、製糸工程に供し
た。直径１＃の孔をうがった口金を備え、ホッパ、ポリ
マ流路、ギヤポンプ部等を３３０’Ｃに加熱した紡糸機
を用い、さらにホッパ内容物に窒素で背圧をかけながら
ポリマの吐出を行った。

該吐出糸条を空気中にてクエンチしたのち、溶媒のオリ
ゴマ成分をヘキサフルオロベンゼンを用いて除去し、実
質的にＰ丁ＦＥからなるモノフィラメントを得た。かく
して得られたモノフィラメントを２１０’Ｃの温度下で
１４倍に延伸した結果、強度４．８ＣＩ／ｄの繊維を得
ることができた。

実施例２実施例１の繊維を、緊張状態下で２８０℃の温度下で熱
処理した。得られた繊維の強度は、８゜６Ｃ］／ｄであ
った。

実施例３分子量約５万のＰＴＦＥポリマを分子間約２０００の四
フッ化エチレンに溶解せしめ均一な溶液を得た。溶解温
度は３３０’Ｃで、ポリマ濃度は１０％である。

この溶液を前述の紡糸機を用いて製糸した。紡糸温度は
３２５°Ｃとし、実施例１と同様の方法で得られたモノ
フィラメントを２００’Ｃで１１倍に延伸した。こうし
て得られた延伸糸の強度は、３゜７ｇ／ｄであった。

［発明の効果］本発明の繊維は、いずれも引張特性に代表される力学的
物性にすぐれ、かつ耐熱性、耐酸化安定性、耐化学薬品
性、不燃性、耐光性にも優れる。

このため、従来のアラミド繊維、高強力ポリエチレン繊
維、ポリパラフェニレンスルフィド繊維等の有機系繊維
に比べ、広範囲な分野で非常に優れた性能を発揮し得る
ものでおる。

従って、本発明の繊維は、自動車、航空機、ボイラ設備
、化学工場等の廃ガスフィルタやバグフィルタ類、パッ
テリセパレタ、薬液処理装置におけるケミカルフィルタ
、セメント補強用材料、ＦＲＰ用途、耐熱絶縁材料、防
炎服、農業用資材など各種産業資材用途等に幅広く展開
できるものである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）繊維軸方向及びこれに直交する方向に、実質的に
連続かつ一様な構造を有し、引張強度が３ｇ／ｄ以上の
ポリテトラフルオロエチレンからなることを特徴とする
耐熱・耐薬品性に優れ高強力な繊維。
（２）ポリテトラフルオロエチレンを、フッ素系炭素化
合物に一部又は全部溶解せしめた液体を紡糸原液として
用いることを特徴とするポリテトラフルオロエチレンか
らなることを特徴とする耐熱・耐薬品性に優れ高強力な
繊維の製造方法。
（３）ポリテトラフルオロエチレンを、フッ素系炭素化
合物に一部又は全部溶解せしめた液体を紡糸原液として
用いることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記
載の耐熱・耐薬品性に優れ高強力な繊維の製造方法。