JPH07157920A - Method for heat-treating polybenzazole fiber - Google Patents

Method for heat-treating polybenzazole fiber

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JPH07157920A
JPH07157920A JP30411493A JP30411493A JPH07157920A JP H07157920 A JPH07157920 A JP H07157920A JP 30411493 A JP30411493 A JP 30411493A JP 30411493 A JP30411493 A JP 30411493A JP H07157920 A JPH07157920 A JP H07157920A
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JP
Japan
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fiber
heat treatment
heat
polybenzazole
polymer
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Application number
JP30411493A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Tani
勝也 谷
Roozenberugu Suchiibun
ローゼンベルグ スチーブン
Ii Arekisandaa Uiraado
イー アレキサンダー ウィラード
Chiyun Chiyau Chii
チュン チャウ チー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve physical properties such as strength, elongation and elastic modulus by heat-treating polybenzazole fiber under tension while bringing the fiber into contact with a heated gas stream. CONSTITUTION:This method for heat-treating polybenzazole fiber is to dry jet-wet spin a spinning dope of a polybenzazole through an air gap, then wash the resultant yarn with water, desolvate the yarn, dry the desolvated yarn, introduce the dried yarn into a heated container in which steam flows in a cocurrent or a countercurrent state and heat-treat the yarn under tension. Thereby, physical properties are improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は繊維の物性の向上を目的
とした、ポリベンザゾール繊維の熱処理に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to heat treatment of polybenzazole fiber for the purpose of improving the physical properties of the fiber.

【0002】[0002]

【従来の技術】ポリベンズオキサゾールのようなポリベ
ンザゾール繊維は、現在市場でスーパー繊維の代表とさ
れているポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の2
倍以上の弾性率を有するので、次世代のスーパー繊維と
して期待されている。ポリベンザゾール繊維の最高弾性
率を得るには熱処理が不可欠である。通常の熱処理方法
はJ.Mater.Sci.20,2727(198
5)やH.D.Ledbetter、S.Rosenb
erg、C.W.Hurtig;Symposium
Proceedings of The Materi
alsScience and Engineerin
g of Rigid−RodPolymers,Vo
l.134,253(1989)に記載されている。こ
れらの通常のポリベンザゾール繊維の熱処理方法はポリ
ベンザゾール繊維の剛直性が極めて高いため500℃以
上の温度で処理されなければならない。このため従来法
による熱処理機は巨大で高価なものとなっており、工業
化の障害となっている。
2. Description of the Related Art Polybenzazole fibers such as polybenzoxazole are two types of polyparaphenylene terephthalamide fibers which are currently regarded as representatives of super fibers on the market.
Since it has more than double the elastic modulus, it is expected as a next-generation super fiber. Heat treatment is essential to obtain the highest elastic modulus of polybenzazole fiber. A general heat treatment method is described in J. Mater. Sci. 20, 2727 (198
5) and H.M. D. Ledbetter, S .; Rosenb
erg, C.I. W. Hurtig; Symposium
Proceedings of The Material
alsScience and Engineering
go of Rigid-Rod Polymers, Vo
l. 134, 253 (1989). The heat treatment method for these ordinary polybenzazole fibers must be treated at a temperature of 500 ° C. or higher because the rigidity of the polybenzazole fibers is extremely high. Therefore, the heat treatment machine according to the conventional method is huge and expensive, which is an obstacle to industrialization.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明はポリベンザゾ
ール繊維の弾性率の向上のために行う高温での長時間熱
処理を無くするため新しい熱処理方法を提供しようとす
るものである。ポリベンザゾール(PBZ)繊維はポリ
ベンズオキサゾール(PBO)およびポリベンズチアゾ
ール(PBT)からなる繊維である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is intended to provide a new heat treatment method for eliminating the long-term heat treatment at a high temperature for improving the elastic modulus of polybenzazole fiber. Polybenzazole (PBZ) fiber is a fiber composed of polybenzoxazole (PBO) and polybenzthiazole (PBT).

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明はポリベンザゾー
ルの熱処理に際し張力下に気体状の熱処理媒体と接触さ
せることそして熱処理気体が熱処理器中を向流もしくは
対向流として流れることを第一の特徴とする。さらに詳
しく説明すると、本発明はポリベンザゾール繊維に張力
をかけ熱処理媒体と接触せしめ熱処理する方法に関す
る。熱処理媒体は気体であり熱処理帯を向流もしくは対
向流で流れ、かつ気体と繊維の相対速度が少なくとも5
m/秒であることを第二の特徴とする。また本発明は、
ポリベンザゾール繊維に張力をかけ熱処理媒体と接触せ
しめ、熱処理する方法である。気体は熱処理器中を向流
もしくは対向流として流れ、気体と繊維の相対速度は少
なくとも5m/秒であり、熱処理帯での繊維の滞留時間
が3秒以下であることを第三の特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to the first aspect of heat treatment of polybenzazole by bringing it into contact with a gaseous heat treatment medium under tension and allowing the heat treatment gas to flow countercurrently or countercurrently in the heat treater. Characterize. More specifically, the present invention relates to a method of heat-treating a polybenzazole fiber by applying tension to it and bringing it into contact with a heat treatment medium. The heat treatment medium is a gas, which flows countercurrently or countercurrently in the heat treatment zone, and the relative velocity of the gas and the fiber is at least 5
The second characteristic is that it is m / sec. Further, the present invention is
In this method, tension is applied to the polybenzazole fiber to bring it into contact with a heat treatment medium, and then heat treatment is performed. The third characteristic is that the gas flows countercurrently or countercurrently in the heat treatment device, the relative velocity of the gas and the fiber is at least 5 m / sec, and the residence time of the fiber in the heat treatment zone is 3 seconds or less. .

【0005】本発明はポリベンザゾール(ポリベンズオ
キサゾールとポリベンズチアゾール)を含む成形物を用
いる。ポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール
およびポリベンズオキサゾール、ポリベンズチアゾール
のランダム、交互およびブロック共重合物については文
献に記載されている。例えばWolfら、液晶ポリマー
コンポジット、製法および成形物、米国特許47031
03号(10月27日、1985年)、Wolfら、液
晶ポリマーコンポジット、製法および成形物、米国特許
4533692号(8月6日、1985年)、Wolf
ら、液晶ポリ(2,6−ベンズチアゾール)コンポジッ
ト、製法および成形物、米国特許4533724号(8
月6日、1985年)、Wolfら、液晶ポリマーコン
ポジット、製法および成形物、米国特許4533693
号(8月6日、1985年)、Evers、熱酸化に安
定なパラベンズオキサゾールおよびパラベンズチアゾー
ル重合体、米国特許4359567号(11月16日、
1982年)、Tsaiら、ヘテロ環ブロック共重合
体、米国特許4578432号(3月25日、1986
年)、11 Ency.Poly.Sci.& En
g.,ポリベンズチアゾールとポリベンズオキサゾー
ル、601(J.Wiley & Sons 198
8)およびW.W.Adamsら、The Mater
ials Science and Engineer
ing of Rigid−Rod Polymers
(Materials Research Socie
ty 1989)などに記載されている。ポリマーは式
1(a)で表されるAB量体単位および/または式1
(b)で表されるAA/BB量体単位からなる。
The present invention uses a molded article containing polybenzazole (polybenzoxazole and polybenzthiazole). Polybenzoxazoles, polybenzthiazoles and random, alternating and block copolymers of polybenzoxazoles, polybenzthiazoles are described in the literature. For example, Wolf et al., Liquid Crystal Polymer Composites, Processes and Moldings, US Pat.
03 (October 27, 1985), Wolf et al., Liquid Crystal Polymer Composites, Processes and Moldings, US Pat. No. 4,533,692 (August 6, 1985), Wolf.
Et al., Liquid crystal poly (2,6-benzthiazole) composite, manufacturing method and molded article, US Pat. No. 4,533,724 (8).
June 6, 1985), Wolf et al., Liquid crystal polymer composite, manufacturing method and molded article, US Pat. No. 4,533,693.
No. (August 6, 1985), Evers, thermooxidatively stable parabenzoxazole and parabenzthiazole polymers, US Pat. No. 4,359,567 (Nov. 16,
1982), Tsai et al., Heterocyclic block copolymers, US Pat. No. 4,578,432 (March 25, 1986).
), 11 Ency. Poly. Sci. & En
g. , Polybenzthiazole and polybenzoxazole, 601 (J. Wiley & Sons 198).
8) and W. W. Adams et al., The Mater
ials Science and Engineer
ing of Rigid-Rod Polymers
(Materials Research Society
ty 1989) and the like. The polymer is an AB monomer unit represented by formula 1 (a) and / or formula 1
It consists of the AA / BB monomer unit represented by (b).

【0006】[0006]

【化1】 [Chemical 1]

【0007】ここに、Arは芳香族を表す。芳香族はピ
リジニレン基などのヘテロ環であってもよいが好ましく
は炭素環である。芳香族基は融合したあるいは融合して
いない多炭素環でもよいが好ましくは単一の六員環であ
る。そのサイズは重要ではないが芳香族基は炭素原子が
18を超えず、さらに好ましくは炭素原子が12を超え
ず、最も好ましくは炭素原子が6を超えないことであ
る。好ましい芳香族基としてフェニレン基、トリレン
基、ビフェニレン基、ビスフェニレンエーテル基などが
含まれる。AA/BB−量体単位中のAr1は好ましく
は1,2,4,5−フェニレン基もしくは類似物であ
る。AB量体単位中のArは1,3,4−フェニレン基
もしくはその類似物が好ましい。それぞれのZは酸素も
しくは硫黄原子である。各DMは独立な合成重合を妨げ
ない二価の有機基である。二価の有機基は脂肪族基を含
んでもよいが、この脂肪族基の炭素原子の数は12以下
である。しかし二価の有機基は好ましくは先に記述した
芳香族基である。最も好適なのは1,4−フェニレン基
もしくはその類似物である。各アゾール環の窒素および
Z原子はとなりの芳香環を形成する炭素原子と結合しア
ゾールの5員環を形成する。AA/BB量体単位中のア
ゾール環は、11 Ency.Polym.Sci.&
Eng.,supra, 602頁に図示するよう
に、シス位であったもトランス位であってもよい。
Here, Ar represents aromatic. The aromatic may be a heterocycle such as a pyridinylene group, but is preferably a carbocycle. The aromatic group may be a fused or unfused multi-carbon ring, but is preferably a single 6-membered ring. The size is not critical, but the aromatic groups are not more than 18 carbon atoms, more preferably not more than 12 carbon atoms and most preferably not more than 6 carbon atoms. Preferable aromatic groups include phenylene group, tolylene group, biphenylene group, bisphenylene ether group and the like. Ar1 in the AA / BB-mer unit is preferably a 1,2,4,5-phenylene group or the like. Ar in the AB monomer unit is preferably a 1,3,4-phenylene group or an analogue thereof. Each Z is an oxygen or sulfur atom. Each DM is a divalent organic group that does not interfere with independent synthetic polymerization. The divalent organic group may include an aliphatic group, but the number of carbon atoms in this aliphatic group is 12 or less. However, the divalent organic group is preferably the aromatic group described above. Most preferred is the 1,4-phenylene group or its analogues. The nitrogen and Z atoms of each azole ring combine with the carbon atoms forming the adjacent aromatic ring to form the 5-membered ring of the azole. The azole ring in the AA / BB monomer unit has 11 Ency. Polym. Sci. &
Eng. , Supra, page 602, it may be cis or trans.

【0008】本発明のポリマーは好適には基本的にはA
B量体もしくはAA/BB量体からなり、さらに好適に
は基本的にAA/BB量体ポリマーからなる。ポリベン
ザゾールポリマーの分子構造は剛直、準剛直もしくは柔
軟コイルである。AA/BB量体ポリマーの場合は好ま
しくは剛直でAB量体ポリマーの場合は準剛直である。
ポリマー中のアゾール環としてはオキサゾール環(Z=
O)が好ましい。ポリベンザゾールポリマーは好ましく
はリエトロピック液晶を形成するポリマーである(リオ
トロピック液晶は限界濃度以上の濃度で溶解すると液晶
ドメインを形成する)。好ましい量体単位を式2、3
(a)−(h)に示す。ポリマーは式2、3(a)−
(h)に示される量単位で好ましくは構成される。最も
好ましくは式2(a)−(c)から選ばれる繰り返し単
位からなる。
The polymers of the present invention are preferably essentially A
It consists of a B-mer or an AA / BB-mer, and more preferably basically consists of an AA / BB-mer polymer. The molecular structure of polybenzazole polymer is rigid, quasi-rigid or flexible coil. It is preferably rigid in the case of AA / BB polymer and quasi-rigid in the case of AB polymer.
The azole ring in the polymer is an oxazole ring (Z =
O) is preferred. The polybenzazole polymer is preferably a polymer that forms lyotropic liquid crystals (lyotropic liquid crystals form liquid crystal domains when dissolved at a concentration above the critical concentration). Preferred monomer units are represented by the formulas 2, 3
It shows in (a)-(h). The polymer has the formula 2, 3 (a)-
It is preferably composed of the unit shown in (h). Most preferably, it consists of repeating units selected from formulas 2 (a)-(c).

【0009】[0009]

【化2】 [Chemical 2]

【0010】[0010]

【化3】 [Chemical 3]

【0011】各ポリマーは好ましくは少なくとも25量
体からなり、更に好ましくは50量体からなり、最も好
ましくは100量体からなる。AA/BBポリベンザゾ
ールポリマーの極限粘度(メタンスルフォン酸に溶解し
て25℃で測定した確立された一点測定法による)は好
ましくは少なくとも10dL/gで、更に好ましくは1
5dL/g、最も好ましくは20dL/gである。目的
によっては少なくとも25または30dL/gの極限粘
度が好ましい。60dL/g以上の極限粘度も使用する
ことができるが好ましくは45dL/g未満である。極
限粘度は最も好ましくはおよそ33dL/gである。リ
オトロピック液晶で準剛直性のAB−ポリベンザゾール
ポリマーの極限粘度は好ましくは少なくとも5dL/
g、さらに好適には少なくとも10dL/g、最も好適
には少なくとも15dL/gである。ポリマーはドープ
を紡糸や押し出しにより繊維、フイルムに成形できる。
ドープはポリマーと溶媒からなる。紡糸や押し出しに用
いられるドープは重合ドープを直接用いるほかポリマー
または共重合ポリマーを溶解して作ることもできる。ポ
リベンズオキサゾールやポリベンズチアゾールのあるも
のはクレゾールに溶解できるが、溶媒は好ましくは溶解
可能な酸がよい。酸は非酸化性のものがよい。好ましい
酸にポリリン酸、メタンスルフォン酸、硫酸および/又
はこれらの混合物が含まれる。酸は好ましくはポリリン
酸および/またはメタンスルフォン酸が良い。さらに好
ましくはポリリン酸がよい。ドープはポリマーを凝固さ
せ固形物を形成するために充分な濃度でポリマーを含む
べきである。しかし取扱ができないほど高粘度を示す高
濃度であってはならない。ポリマーが剛直鎖もしくは準
剛直鎖からなる場合、ドープのポリマーは液晶を形成す
るに足る濃度が好ましい。ポリマー濃度は好ましくは少
なくとも7重量%、更に好ましくは少なくとも10重量
%、最も好ましくは少なくとも14重量%である。最高
濃度はポリマーの溶解度や、既に述べたようにドープの
粘度といった実際的な要因によって基本的には決る。こ
れらの限界要因によりポリマー濃度はまれに30重量%
に達するが、通常20重量%を越えない。
Each polymer preferably comprises at least 25 mers, more preferably 50 mers, most preferably 100 mers. The intrinsic viscosity of the AA / BB polybenzazole polymer (by the established single point method measured at 25 ° C. dissolved in methanesulfonic acid) is preferably at least 10 dL / g, more preferably 1
It is 5 dL / g, most preferably 20 dL / g. Intrinsic viscosities of at least 25 or 30 dL / g are preferred for some purposes. An intrinsic viscosity of 60 dL / g or more can also be used, but it is preferably less than 45 dL / g. The intrinsic viscosity is most preferably around 33 dL / g. The intrinsic viscosity of the lyotropic liquid crystal quasi-rigid AB-polybenzazole polymer is preferably at least 5 dL /
g, more preferably at least 10 dL / g, most preferably at least 15 dL / g. The polymer can be formed into a fiber or film by spinning or extruding a dope.
The dope consists of polymer and solvent. The dope used for spinning or extrusion can be prepared by directly using the polymer dope or by dissolving a polymer or a copolymer. Some of polybenzoxazole and polybenzthiazole can be dissolved in cresol, but the solvent is preferably a soluble acid. The acid is preferably non-oxidizing. Preferred acids include polyphosphoric acid, methanesulphonic acid, sulfuric acid and / or mixtures thereof. The acid is preferably polyphosphoric acid and / or methanesulfonic acid. More preferred is polyphosphoric acid. The dope should contain the polymer in a sufficient concentration to solidify the polymer and form a solid. However, the concentration should not be so high that it cannot be handled. When the polymer is a rigid or quasi-rigid chain, the concentration of the doped polymer is preferably sufficient to form a liquid crystal. The polymer concentration is preferably at least 7% by weight, more preferably at least 10% by weight and most preferably at least 14% by weight. The maximum concentration is basically determined by practical factors such as the solubility of the polymer and the viscosity of the dope as described above. Due to these limiting factors, the polymer concentration is rarely 30% by weight.
But usually does not exceed 20% by weight.

【0012】好適なポリマーやコポリマーはすでに公知
の方法により合成できる。Wolfeらの米国特許45
33693(8月6日,1985)やSybertらの
米国特許4772678(9月20日,1988)やH
arrisの米国特許4847350(7月11日,1
898)やGregoryの米国特許5089591
(2月18日,1992)やLedbetterらの
「An iIntegrated Laborator
y Process for PreparingRi
gid Rod Fibers from the M
onome」The Material Scienc
e and Engineering of Rigi
d−Rod Polymersの254−64(Mat
rialsRes.Soc.,1989)に記載された
方法でポリマーは合成することができる。要約すると好
適なモノマー(AA−モノマーとBB−モノマーまたは
AB−モノマー)は非酸化性の溶液の中で反応し、非酸
化性の雰囲気下にはげしく撹拌しながら高いせん断を与
えて、温度を120℃以下から少なくとも190℃まで
段階的にもしくは勾配をつけて昇温し、脱水反応を進め
る。AAモノマーの好適な例にはテレフタル酸あるいは
類似物が含まれる。BBモノマーの好適な例には4,6
−ジアミノレゾルシノール、2,5−ジアミノハイドロ
キノン、2,5−ジアミノ−1,4−ジチオベンゼンや
その類似物が含まれる。これらは典型的には塩酸塩とし
て用いられる。ABモノマーの好適な例としては3−ア
ミノ−4−ヒドロキシベンゾエ酸、3−ヒドロキシ−4
−アミノベンゾエ酸、3−アミノ−4−チオベンゾエ
酸、3−チオ−4−アミノベンゾエ酸や類似物が含ま
れ、これらは通常塩酸塩として用いられる。
Suitable polymers and copolymers can be synthesized by methods already known. US Patent No. 45 to Wolfe et al.
33693 (August 6, 1985) and Sybert et al. U.S. Pat. No. 4,772,678 (September 20, 1988) and H.
Arris U.S. Pat. No. 4,847,350 (July 11, 1
898) and U.S. Pat. No. 5,089,591 to Gregory.
(February 18, 1992) and Ledbetter et al. “An Integrated Laboratory”.
y Process for Preparing Ri
gid Rod Fibers from the M
onome ”The Material Science
e and Engineering of Rigi
254-64 (Mat of d-Rod Polymers)
rialsRes. Soc. , 1989), and the polymer can be synthesized. In summary, the preferred monomers (AA-monomer and BB-monomer or AB-monomer) react in a non-oxidizing solution and provide high shear under vigorous stirring under a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 120 The dehydration reaction proceeds by gradually or gradually increasing the temperature from below ℃ to at least 190 ℃. Suitable examples of AA monomers include terephthalic acid or the like. Preferred examples of BB monomer include 4,6
-Diaminoresorcinol, 2,5-diaminohydroquinone, 2,5-diamino-1,4-dithiobenzene and the like. These are typically used as the hydrochloride salt. Preferable examples of AB monomer include 3-amino-4-hydroxybenzoic acid and 3-hydroxy-4.
-Aminobenzoic acid, 3-amino-4-thiobenzoic acid, 3-thio-4-aminobenzoic acid and the like are included, and these are usually used as hydrochlorides.

【0013】式1(b)のポリマーは好ましくは少なく
とも85%のテレフタル酸および/またはその機能的誘
導物と15%未満の異なる二官能の酸を含む。更に好ま
しくは10%未満の異なる二官能の酸を含む。式1
(b)のポリマーは好ましくは少なくとも85%の4,
6−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオールジハイドロク
ロライドを含み、15モル%未満の2,5−ジアミノ
1,4−ベンゼンジオールジハイドロクロライドを含
む。更に好ましくは10モル%未満の2,5−ジアミノ
1,4−ベンゼンジオールジハイドロクロライドを含
む。
The polymer of formula 1 (b) preferably contains at least 85% terephthalic acid and / or its functional derivatives and less than 15% different difunctional acids. More preferably less than 10% of different difunctional acids are included. Formula 1
The polymer of (b) is preferably at least 85% 4,
It contains 6-diamino-1,3-benzenediol dihydrochloride and less than 15 mol% 2,5-diamino 1,4-benzenediol dihydrochloride. More preferably, it contains less than 10 mol% of 2,5-diamino 1,4-benzenediol dihydrochloride.

【0014】PBOドープの調整 PBZドープはPBZポリマーと溶媒からなる溶液であ
る。ポリベンザゾールポリマーはメタンスルホン酸やポ
リリン酸のような大変強いプロトン酸にしか溶解しな
い。好ましい溶媒はポリリン酸(PPA)である。PB
Oのポリリン酸に対する濃度は約14%である。PBO
/PPAドープのPBOの極限粘度(0.05g/dL
の濃度のメタンスルホン酸溶液で25℃で測定)は22
から45dL/gであるべきだ。
Preparation of PBO Dope PBZ dope is a solution of PBZ polymer and solvent. Polybenzazole polymers are soluble only in very strong protic acids such as methanesulfonic acid and polyphosphoric acid. The preferred solvent is polyphosphoric acid (PPA). PB
The concentration of O relative to polyphosphoric acid is about 14%. PBO
/ PPA-doped PBO intrinsic viscosity (0.05g / dL
Measured at 25 ° C with a methanesulfonic acid solution having a concentration of 22)
To 45 dL / g.

【0015】ポリベンザゾール繊維の作成 ポリベンザゾール繊維は好ましくはいわゆる重合と紡糸
が連続したプロセスで作られる。すなわち重合されたド
ープは重合釜からいったん取り出されることなく紡糸口
金を有する直接紡糸へと送られる。もちろん重合釜から
取り出したのち別途乾湿式紡糸してもよい。乾湿式紡糸
においてドープは紡糸口金から押し出される。紡糸口金
の細孔の配置は円形配列でも直交配列その他のものでも
よい。細孔の配列は押し出されたドープがお互いに融着
しないように選ばれなければならない。紡糸口金の細孔
の数は制限は無い。口金から押し出された全ての紡出糸
の温度を均一にするのが重要である。なぜならヤーン内
の個々のフィラメントの温度の違いは直ちにフィラメン
トの張力の差に反映されるからである。紡出された後押
し出されたドープ繊維は凝固浴に漬けられポリベンザゾ
ールポリマーから溶媒が分離される。紡糸口金と凝固浴
の間にエアギャップが存在する。エアギャップ中の気体
は空気が普通である。しかし窒素でも、炭酸ガスでもヘ
リウムやアルゴンでも良い。エアギャップの好ましい温
度は0℃から150℃の間が好ましい。さらに好ましく
は0℃から100℃である。最も好適には50〜100
℃である。紡出後、紡出糸は凝固液として知られる液体
と接触させ溶媒とポリマーを分離する。
Preparation of Polybenzazole Fibers Polybenzazole fibers are preferably made in a continuous process of so-called polymerization and spinning. That is, the polymerized dope is sent to the direct spinning having the spinneret without being taken out from the polymerization kettle. Of course, you may take out from a polymerization kettle and spin dry and wet separately. In dry-wet spinning, the dope is extruded from the spinneret. The pores of the spinneret may be arranged in a circular arrangement, an orthogonal arrangement, or any other arrangement. The array of pores must be chosen so that the extruded dopes do not fuse together. There is no limit to the number of pores in the spinneret. It is important to make the temperature of all spun yarns extruded from the spinneret uniform. This is because the difference in temperature of individual filaments in the yarn is immediately reflected in the difference in filament tension. The spun and extruded dope fibers are immersed in a coagulation bath to separate the solvent from the polybenzazole polymer. There is an air gap between the spinneret and the coagulation bath. The gas in the air gap is usually air. However, it may be nitrogen, carbon dioxide, helium or argon. The preferred temperature of the air gap is preferably between 0 ° C and 150 ° C. More preferably, it is 0 ° C to 100 ° C. Most preferably 50-100
℃. After spinning, the spun yarn is contacted with a liquid known as a coagulating liquid to separate the solvent and polymer.

【0016】凝固は浴槽であるいはスプレーで行われ
る。凝固浴の場合は紡糸口金の下方に設置する。凝固浴
中で99.0%以上の溶媒が抽出される。さらに好まし
くは99.5%以上抽出される。使用されるどのような
凝固浴/スプレイも水または水/酸の混合液を含む。好
ましい酸はリン酸で30%以下の濃度が好ましい。その
他の凝固媒体としてはアセトンやメタノールやアセトア
ニリドといった有機溶媒も含まれる。どのような凝固浴
システムでも使用可能で、例えば一般的なローラーを浴
中に有する固化浴、または特開昭51−35716号公
報ゃ特公昭44−22204号公報に記載されたフアン
ネル状の凝固浴もしくは米国特許4298565に記載
された高速アスピレータタイプの凝固浴もしくは米国特
許4869860号公報に記載された滝状の凝固浴など
である。凝固した繊維の溶液濃度は繊維の水洗により更
に低下する。先に述べたとおりいかなる水洗浴槽あるい
はスプレイも水または希薄な水/酸の混合液とくに好ま
しい酸としては5%以下のリン酸水溶液を含む。他の水
洗媒体としてはアセトンやメタノールやアセトアニリド
といった有機溶媒も含まれる。
Coagulation is carried out in a bath or by spraying. If it is a coagulation bath, install it below the spinneret. Over 99.0% solvent is extracted in the coagulation bath. More preferably, 99.5% or more is extracted. Any coagulation bath / spray used contains water or a water / acid mixture. The preferred acid is phosphoric acid, preferably at a concentration of 30% or less. Other coagulation media also include organic solvents such as acetone, methanol and acetanilide. Any coagulation bath system can be used, for example, a solidification bath having a general roller in the bath or a funnel-shaped coagulation bath described in JP-A-51-35716 and JP-B-44-22204. Alternatively, a high-speed aspirator type coagulation bath described in US Pat. No. 4,298,565 or a waterfall-shaped coagulation bath described in US Pat. No. 4,869,860 is used. The solution concentration of the coagulated fiber is further reduced by washing the fiber with water. As mentioned above, any washing bath or spray contains water or a dilute water / acid mixture, with a preferred acid content being less than 5% phosphoric acid solution. Other water washing media also include organic solvents such as acetone, methanol, and acetanilide.

【0017】凝固・水洗を経て繊維は乾燥され、ロール
に巻とられる。こうして得られた繊維は紡出糸として既
に充分な強度と弾性率を有するが、さらに熱処理を施す
ことによりポリベンザゾール繊維は弾性率を飛躍的に向
上させることができる。
After being coagulated and washed with water, the fibers are dried and wound on a roll. The fiber thus obtained already has sufficient strength and elastic modulus as a spun yarn, but by further heat treatment, the elastic modulus of the polybenzazole fiber can be dramatically improved.

【0018】熱処理は別途あるいは連続で行うことがで
きる。典型的な装置は細いチューブあるいは四角い形状
をしており、熱処理機に供給装置および取り出し装置を
備えている。熱処理器は加熱媒体気体を繊維に対し向流
もしくは対向流で供給できなければならない。もちろん
熱処理器の中央に同時に加熱気体を供給するノズルを設
けて向流および対向流の加熱媒体気体により加熱するこ
とも可能である。高速で高温の気体例えば水蒸気、窒素
もしくは他の不活性気体はポリベンザゾール紡出糸の弾
性率を向上させる目的で行う熱処理の加熱媒体として用
いることができる。繊維と熱媒気体が接触する熱処理器
の内部を以下熱処理ゾーンと呼ぶ。加熱媒体としての気
体の速度は10m/秒より大きいことが望ましい。なぜ
なら繊維と加熱気体との間の熱交換は次式で説明される
ようにその速度差によって決定されるからである。 ΔT ∝ L0.8 ・u0.8 ・t・(Ts−Tf) ここにLはヒーターの長さもしくは熱処理ゾーン、uは
繊維と加熱気体の速度差、tは滞留時間、Tsは加熱気
体の温度、Tfは熱処理前の糸温度である。熱媒気体と
繊維の熱交換を強化するため、熱媒気体を熱処理器に導
くに際し、熱媒気体を繊維に向流あるいは対向流で接触
させることが重要である。向流あるいは対向流であれば
繊維と熱媒気体との相対速度は増加し熱交換効果が大き
くなる。勿論対向流の方が向流より相対速度は大きい。
熱処理ゾーンを通過する繊維の速度は好ましくは少なく
とも20m/分で、さらに好ましくは少なくとも40m
/分である。加熱気体の速度は好ましくは少なくとも5
m/秒、更に好ましくは少なくとも10m/秒である。
繊維と加熱気体との速度差は好ましくは少なくとも5m
/秒好ましくは10m/秒更に好ましくは100m/秒
である。気体の流速は流速計で計測した時間当りの重量
から計算する。中央部にノズルを持つ熱処理器中での熱
媒気体の流速は向流、対向流ともに次式で求められる。 v=Q/d/602 /2S ここにvは速度m/秒であり、Qは熱媒気体の流量kg
/時、Sは熱処理器の断面積である。繊維の加熱域での
滞在時間は好ましくは長くとも20秒、更に好適には長
くとも5秒、最も好適には長くとも3秒である。熱処理
時の繊維に与える張力は0.1から10g/dの間が望
ましい。高速で高温の水蒸気のような加熱気体の使用に
より繊維の温度は瞬時に上昇するので、熱処理時の負の
熱処理効果を少なくすることができる。その結果本発明
の熱処理により従来法の温度(普通600℃)と従来法
の処理時間(普通10秒)を大幅に減ずることができ
る。向流もしくは対向流の高速高温度の加熱気体の使用
により、熱処理に要する温度は400℃に下げることが
でき、熱処理に要する時間も3秒以下にすることができ
る。本発明の方法による熱処理繊維の引っ張り弾性率は
好ましくは少なくとも220GPa、さらに好ましくは
少なくとも250GPaである。
The heat treatment can be performed separately or continuously. A typical apparatus is a thin tube or a square shape, and the heat treatment machine is equipped with a feeding device and a discharging device. The heat treater must be able to supply the heating medium gas countercurrent or countercurrent to the fibers. Of course, it is also possible to provide a nozzle for supplying heated gas at the same time in the center of the heat treatment device and heat with a countercurrent and countercurrent heating medium gas. High-speed, high-temperature gas such as water vapor, nitrogen or other inert gas can be used as a heating medium for heat treatment for the purpose of improving the elastic modulus of the polybenzazole spun yarn. The inside of the heat treatment device in which the fibers come into contact with the heat transfer gas is hereinafter referred to as a heat treatment zone. The velocity of the gas as the heating medium is preferably higher than 10 m / sec. This is because the heat exchange between the fiber and the heated gas is determined by the difference in velocity as described by the following equation. ΔT ∝ L 0.8 · u 0.8 · t · (Ts-Tf) where L is the length of the heater or the heat treatment zone, u is the speed difference between the fiber and the heated gas, t is the residence time, Ts is the temperature of the heated gas, Tf Is the yarn temperature before heat treatment. In order to enhance the heat exchange between the heat transfer medium gas and the fiber, it is important to bring the heat transfer medium gas into contact with the fiber in a countercurrent or a countercurrent when the heat transfer medium is guided to the heat treatment device. If the flow is counter-current or counter-current, the relative velocity between the fiber and the heat medium gas increases, and the heat exchange effect increases. Of course, the counter flow has a higher relative velocity than the counter flow.
The velocity of the fibers passing through the heat treatment zone is preferably at least 20 m / min, more preferably at least 40 m.
/ Min. The heating gas velocity is preferably at least 5
m / sec, more preferably at least 10 m / sec.
The speed difference between the fibers and the heated gas is preferably at least 5 m
/ Sec is preferably 10 m / sec, more preferably 100 m / sec. The gas flow rate is calculated from the weight per hour measured by the anemometer. The flow velocity of the heat transfer gas in the heat treatment device having a nozzle in the center is calculated by the following equation for both countercurrent and counterflow. v = Q / d / 60 2 / 2S where v is the velocity m / sec, and Q is the flow rate kg of the heat transfer medium gas.
/ H, S is the cross-sectional area of the heat treatment device. The residence time of the fibers in the heating zone is preferably at most 20 seconds, more preferably at most 5 seconds, most preferably at most 3 seconds. The tension applied to the fibers during heat treatment is preferably between 0.1 and 10 g / d. Since the temperature of the fiber is instantaneously increased by using a heating gas such as high-speed and high-temperature steam, the negative heat treatment effect during heat treatment can be reduced. As a result, the heat treatment of the present invention can significantly reduce the temperature of the conventional method (normally 600 ° C.) and the processing time of the conventional method (normally 10 seconds). By using a countercurrent or counterflow high-speed, high-temperature heated gas, the temperature required for heat treatment can be lowered to 400 ° C., and the time required for heat treatment can be reduced to 3 seconds or less. The tensile modulus of the heat treated fibers according to the method of the invention is preferably at least 220 GPa, more preferably at least 250 GPa.

【0019】[0019]

【実施例】以下の実施例により本発明の効果を示す。し
かしながら本発明は以下に示す実施例に限定されるもの
でないことは云うまでもない。 (実施例1)4,7−ジアミノ−1,3−ベンゼンジオ
ールジハイドロクロリド(50.0g,0.235モ
ル)と200gのポリリン酸(P2O5濃度83.3重
量%)s)とを窒素雰囲気下で40℃で12時間撹拌
し、その後脱塩酸の目的で、温度を60℃に上げ20m
mHgの真空下で8時間撹拌した。さらにテレフタル酸
(39.0g,0.235モル)と103gのP2O5
を加え、窒素雰囲気下、60℃で8時、次いで120℃
で9時間、さらに180℃で24時間重合を行った。こ
うして得られた重合ドープを紡糸した。ポリマーの極限
粘度は21dL/gであった。(極限粘度はメタンスル
ホン酸を溶媒都市25℃で測定) 上記のドープのポリマー濃度が約14重量%のポリベン
ズオキサゾールのポリマードープを調整した。この重合
ドープを金網フィルターを介して二軸押し出し機に送り
撹拌とガス抜きを行った。それから直径0.20mmの
直径の334個の細孔を有する紡糸口金から150℃で
押し出した。単孔当りの吐出量は0.22g/分であっ
た。押し出された糸条を紡糸口金から20cm下方に設
けられたファンネル型の凝固浴で凝固した。紡糸口金と
凝固浴の間の20cmの空間の雰囲気は乾燥空気であ
る。凝固された繊維は200m/分の速度で巻取った。
そして凝固された繊維は水洗され乾燥された。乾燥され
た繊維は0.4重量%の水分率、1100g/dの弾性
率、35g/dの強度、3.8%の切断伸度を示した。
乾燥された繊維は表1に示す条件で熱処理された。表中
SJはスチームジェット、滞在時間は熱処理機中の滞在
時間、GR1はフィードロール、GR2は巻取りロール
を意味する。熱処理に高速の水蒸気を用いた場合、従来
法では600℃が必要なのに対し、370℃で充分熱処
理効果がてている。さらに工業化に有利なことは糸処理
速度が従来法では20m/分のと頃が200m/分以上
に上げることができる。
EXAMPLES The effects of the present invention will be shown by the following examples. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the examples shown below. (Example 1) 4,7-diamino-1,3-benzenediol dihydrochloride (50.0 g, 0.235 mol) and 200 g of polyphosphoric acid (P2O5 concentration 83.3% by weight) s) in a nitrogen atmosphere. The mixture was stirred under 40 ° C for 12 hours, and then the temperature was raised to 60 ° C for 20m for the purpose of dehydrochlorination.
Stirred under vacuum of mHg for 8 hours. Further terephthalic acid (39.0 g, 0.235 mol) and 103 g of P2O5
Under a nitrogen atmosphere at 60 ° C. for 8 hours, then 120 ° C.
Polymerization was carried out for 9 hours at 180 ° C. for 24 hours. The polymer dope thus obtained was spun. The intrinsic viscosity of the polymer was 21 dL / g. (The limiting viscosity was measured with methanesulfonic acid in a solvent city of 25 ° C.) A polymer dope of polybenzoxazole having a polymer concentration of the above dope of about 14% by weight was prepared. The polymer dope was fed to a twin-screw extruder through a wire netting filter for stirring and degassing. It was then extruded at 150 ° C. from a spinneret with 334 pores of diameter 0.20 mm. The discharge rate per single hole was 0.22 g / min. The extruded yarn was coagulated in a funnel type coagulating bath provided 20 cm below the spinneret. The atmosphere in the 20 cm space between the spinneret and the coagulation bath is dry air. The coagulated fiber was wound at a speed of 200 m / min.
The coagulated fiber was washed with water and dried. The dried fiber showed a moisture content of 0.4% by weight, an elastic modulus of 1100 g / d, a strength of 35 g / d and a breaking elongation of 3.8%.
The dried fiber was heat-treated under the conditions shown in Table 1. In the table, SJ means steam jet, dwell time means dwell time in heat treatment machine, GR1 means feed roll, and GR2 means take-up roll. When high-speed steam is used for heat treatment, 600 ° C. is required in the conventional method, whereas 370 ° C. is sufficient for the heat treatment effect. Further, it is advantageous for industrialization that the yarn processing speed can be increased to 200 m / min or more at about 20 m / min in the conventional method.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】本発明で用いた物性の測定法は次ぎの通
り。 極限粘度 ポリベンズビスオキサゾールの極限粘度はメタンスルホ
ン酸溶液で30℃で測定した還元粘度のゼロ外挿法にに
より求めた。 繊度の測定 繊維試料を22℃でRH65±2%の条件下に16時間
コンデションした後測定した単糸繊度はサーチ社のデニ
ールコンピュータDC−I 1Bを用いて測定した。ヤ
ーン繊度はJISL−1013(1981)に従ってラ
ップリール法で測定した。 引っ張り試験 単繊維およびヤーンの引っ張り試験はJIS L−10
13(1981)に従って実施した。
The measuring methods of the physical properties used in the present invention are as follows. Intrinsic Viscosity The intrinsic viscosity of polybenzbisoxazole was determined by the zero extrapolation method of the reduced viscosity measured at 30 ° C. in a methanesulfonic acid solution. Measurement of fineness A single yarn fineness measured after conditioning a fiber sample at 22 ° C. under the condition of RH65 ± 2% for 16 hours was measured by using Denier Computer DC-I 1B manufactured by SEARCH. The yarn fineness was measured by the lap reel method according to JIS L-1013 (1981). Tensile test The tensile test of monofilament and yarn is JIS L-10.
13 (1981).

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によると、高度な物性を有するポ
リベンザゾール繊維を大量に製造することを可能とし
た。
According to the present invention, it is possible to produce a large amount of polybenzazole fiber having high physical properties.

フロントページの続き (72)発明者 チー チュン チャウ アメリカ合衆国 ミシガン州48640 ミッ ドランドブルーバード ドライブ 4205Front Page Continuation (72) Inventor Chi Chun Chau 48640 Midland Bluebird Drive, Michigan, USA 4205

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 張力下にポリベンザゾール繊維を加熱媒
体としての気体に接触させて熱処理する方法において、
加熱気体が加熱処理器中を向流または対向流として流れ
る事を特徴とするポリベンザゾール繊維の熱処理方法。
1. A method of heat-treating a polybenzazole fiber under tension by contacting it with a gas as a heating medium,
A heat treatment method for polybenzazole fibers, characterized in that heated gas flows in a heat treatment device in a countercurrent or a countercurrent.
JP30411493A 1993-12-03 1993-12-03 Method for heat-treating polybenzazole fiber Pending JPH07157920A (en)

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