JPH07166415A - 高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維及びその製造方法 - Google Patents
高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維及びその製造方法Info
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- JPH07166415A JPH07166415A JP34117893A JP34117893A JPH07166415A JP H07166415 A JPH07166415 A JP H07166415A JP 34117893 A JP34117893 A JP 34117893A JP 34117893 A JP34117893 A JP 34117893A JP H07166415 A JPH07166415 A JP H07166415A
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- stretching
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 複合材料のマトリックスとの接着性に優れた
高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維を提供する。 【構成】 繊維表面に平均孔径０．０５〜２μｍ、開孔
率２０〜９０％の多数の微孔が存在し、５％以上の破断
伸度、０．５ＧＰａ以上の引張り強度及び５ＧＰａ以上
の引張り弾性率を有する繊維直径１〜５００μｍの高強
度、高弾性率ポリプロピレン繊維を、メルトフローイン
デックス０．０５〜３０、密度０．８９０ｇ／ｃｍ3以
上のアイソタクティクポリプロピレンを溶融紡糸し、得
られた未延伸繊維を熱処理した後、冷延伸を行いまたは
行うことなく、熱延伸時の変形速度が１分あたり３０％
を超える１段または２段以上の熱延伸を行い総延伸量で
３００％以上に延伸することにより得る。
高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維を提供する。 【構成】 繊維表面に平均孔径０．０５〜２μｍ、開孔
率２０〜９０％の多数の微孔が存在し、５％以上の破断
伸度、０．５ＧＰａ以上の引張り強度及び５ＧＰａ以上
の引張り弾性率を有する繊維直径１〜５００μｍの高強
度、高弾性率ポリプロピレン繊維を、メルトフローイン
デックス０．０５〜３０、密度０．８９０ｇ／ｃｍ3以
上のアイソタクティクポリプロピレンを溶融紡糸し、得
られた未延伸繊維を熱処理した後、冷延伸を行いまたは
行うことなく、熱延伸時の変形速度が１分あたり３０％
を超える１段または２段以上の熱延伸を行い総延伸量で
３００％以上に延伸することにより得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度、高弾性率ポリ
プロピレン繊維及びその製造方法に関する。
プロピレン繊維及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】樹脂複合材料、セメント複合材料等の補
強用繊維としては、アラミド繊維、高強力ポリエチレン
繊維等の有機高分子系補強用繊維、ガラス繊維、炭素繊
維、ウィスカー繊維等の無機系補強用繊維がある。この
うち有機高分子系補強用繊維は、無機系補強用繊維に比
べて、低密度であり、複合材料の軽量化が可能である点
において優れている。ポリプロピレン繊維も、ポリエチ
レン繊維と共に汎用素材として知られ、またポリエチレ
ン繊維に比べ耐熱性に優れていることから、高強度、高
弾性率とするならば、有機高分子系補強用繊維として用
い得る繊維である。
強用繊維としては、アラミド繊維、高強力ポリエチレン
繊維等の有機高分子系補強用繊維、ガラス繊維、炭素繊
維、ウィスカー繊維等の無機系補強用繊維がある。この
うち有機高分子系補強用繊維は、無機系補強用繊維に比
べて、低密度であり、複合材料の軽量化が可能である点
において優れている。ポリプロピレン繊維も、ポリエチ
レン繊維と共に汎用素材として知られ、またポリエチレ
ン繊維に比べ耐熱性に優れていることから、高強度、高
弾性率とするならば、有機高分子系補強用繊維として用
い得る繊維である。
【０００３】高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維につ
いては、例えば、ジャーナル アプライド ポリマー
サイエンス（Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．２８、Ｐ．１７９
〜１８９（１９８３）に、ポリプロピレンを、ノズルか
ら溶融押し出し適切なドラフト比で巻取りながら冷却し
高配向結晶性の未延伸糸とし、この未延伸糸を熱延伸し
てラメラ結晶内の分子鎖の折りたたみを解きほぐし分子
鎖が繊維軸方向に伸長された繊維とすることにより、引
張り強度０．７６ＧＰａ（ギガパスカル）及び引張り弾
性率１７．２ＧＰａのポリプロピレン繊維が得られるこ
とが報告されている。
いては、例えば、ジャーナル アプライド ポリマー
サイエンス（Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．２８、Ｐ．１７９
〜１８９（１９８３）に、ポリプロピレンを、ノズルか
ら溶融押し出し適切なドラフト比で巻取りながら冷却し
高配向結晶性の未延伸糸とし、この未延伸糸を熱延伸し
てラメラ結晶内の分子鎖の折りたたみを解きほぐし分子
鎖が繊維軸方向に伸長された繊維とすることにより、引
張り強度０．７６ＧＰａ（ギガパスカル）及び引張り弾
性率１７．２ＧＰａのポリプロピレン繊維が得られるこ
とが報告されている。
【０００４】しかしながら、ポリプロピレン繊維は、複
合材料におけるマトリックスとの接着性が一般に不良で
あり、接着性を改良する方法として代表的なものとして
次の〜が提案されている。 ポリプロピレンに石膏針状結晶繊維を混ぜ、溶融紡
糸、延伸し繊維表面に石膏を突き出させる。（特公昭５
７−８７９０号公報） マトリックスとして補強用繊維より低融点のポリマー
を使用し、マトリックスを補強用繊維に熱融着させる。
（特公平４−４１４８号公報） 溶媒を用いて紡糸し、紡糸繊維中の溶媒を蒸発させて
繊維表面にボイドを形成し延伸でボイドを引き延ばして
縦長状の溝をつくる。（特開昭６０−１７４６４６号公
報） 補強用繊維をエポキシ基或いはカルボン酸基含有ポリ
オレフィンで表面処理する。（特開昭６０−１７４６４
６号公報） 補強用繊維表面をプラズマ処理或いはコロナ放電処理
して繊維表面に凹凸をつくる。（特開昭５７−１７７０
３２号、特開昭６０−１４６０７８号、特公昭５３−７
９４号、特公昭５８−５３１４号各公報）
合材料におけるマトリックスとの接着性が一般に不良で
あり、接着性を改良する方法として代表的なものとして
次の〜が提案されている。 ポリプロピレンに石膏針状結晶繊維を混ぜ、溶融紡
糸、延伸し繊維表面に石膏を突き出させる。（特公昭５
７−８７９０号公報） マトリックスとして補強用繊維より低融点のポリマー
を使用し、マトリックスを補強用繊維に熱融着させる。
（特公平４−４１４８号公報） 溶媒を用いて紡糸し、紡糸繊維中の溶媒を蒸発させて
繊維表面にボイドを形成し延伸でボイドを引き延ばして
縦長状の溝をつくる。（特開昭６０−１７４６４６号公
報） 補強用繊維をエポキシ基或いはカルボン酸基含有ポリ
オレフィンで表面処理する。（特開昭６０−１７４６４
６号公報） 補強用繊維表面をプラズマ処理或いはコロナ放電処理
して繊維表面に凹凸をつくる。（特開昭５７−１７７０
３２号、特開昭６０−１４６０７８号、特公昭５３−７
９４号、特公昭５８−５３１４号各公報）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、これらの方
法では、次のような問題点がある。即ち、では熱延伸
時に糸切れを起こし易い、では接着力が不十分で良好
な機械特性が得られにくい、では残存溶媒により良好
な機械特性が得られにくい、ではマトリックスが限定
される、では強度低下により十分な機械強度が得られ
にくい。本発明の目的は、かかる問題点を解決し、ポリ
プロピレンの溶融紡糸、熱延伸により、複合材料におけ
るマトリックスとの接着性に優れた高強度、高弾性率ポ
リプロピレン繊維を提供することにある。
法では、次のような問題点がある。即ち、では熱延伸
時に糸切れを起こし易い、では接着力が不十分で良好
な機械特性が得られにくい、では残存溶媒により良好
な機械特性が得られにくい、ではマトリックスが限定
される、では強度低下により十分な機械強度が得られ
にくい。本発明の目的は、かかる問題点を解決し、ポリ
プロピレンの溶融紡糸、熱延伸により、複合材料におけ
るマトリックスとの接着性に優れた高強度、高弾性率ポ
リプロピレン繊維を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、繊維表面に平
均孔径０．０５〜２μｍ、開孔率２０〜９０％の多数の
微孔が存在し、５％以上の破断伸度、０．５ＧＰａ以上
の引張り強度及び５ＧＰａ以上の引張り弾性率を有する
繊維直径１〜５００μｍの高強度、高弾性率ポリプロピ
レン繊維、及び、メルトフローインデックス０．０５〜
３０、密度０．８９０ｇ／ｃｍ3以上のアイソタクティ
クポリプロピレンを溶融紡糸し、得られた未延伸繊維を
熱処理した後、冷延伸を行いまたは行うことなく、熱延
伸時の変形速度が１分あたり３０％を超える１段または
２段以上の熱延伸を行い総延伸量で３００％以上に延伸
することを特徴とする高強度、高弾性率ポリプロピレン
繊維の製造方法にある。
均孔径０．０５〜２μｍ、開孔率２０〜９０％の多数の
微孔が存在し、５％以上の破断伸度、０．５ＧＰａ以上
の引張り強度及び５ＧＰａ以上の引張り弾性率を有する
繊維直径１〜５００μｍの高強度、高弾性率ポリプロピ
レン繊維、及び、メルトフローインデックス０．０５〜
３０、密度０．８９０ｇ／ｃｍ3以上のアイソタクティ
クポリプロピレンを溶融紡糸し、得られた未延伸繊維を
熱処理した後、冷延伸を行いまたは行うことなく、熱延
伸時の変形速度が１分あたり３０％を超える１段または
２段以上の熱延伸を行い総延伸量で３００％以上に延伸
することを特徴とする高強度、高弾性率ポリプロピレン
繊維の製造方法にある。
【０００７】本発明のポリプロピレン繊維は、その繊維
表面に多数の微孔が存在し、形成されている微孔の平均
孔径は、０．０５〜２μｍである。孔径が０．０５μｍ
未満では、マトリックスとの接着性が不十分であり、２
μｍを超えると、繊維の強度低下を生じる。また、微孔
は、繊維表面において開孔して存在し、開孔した微孔の
アンカー効果によりマトリックスと本発明のポリプロピ
レン繊維とは、強固に接着する。かかる接着性を確保す
るためには、繊維表面での微孔の開孔率、即ち繊維単位
表面積に対する微孔部分の占める総表面積の割合は、２
０〜９０％、好ましくは２５〜８０％である必要があ
る。開孔率が２０％未満では、マトリックスとの接着性
が不十分であり、９０％を超えると、繊維の強度維持が
不十分となる。
表面に多数の微孔が存在し、形成されている微孔の平均
孔径は、０．０５〜２μｍである。孔径が０．０５μｍ
未満では、マトリックスとの接着性が不十分であり、２
μｍを超えると、繊維の強度低下を生じる。また、微孔
は、繊維表面において開孔して存在し、開孔した微孔の
アンカー効果によりマトリックスと本発明のポリプロピ
レン繊維とは、強固に接着する。かかる接着性を確保す
るためには、繊維表面での微孔の開孔率、即ち繊維単位
表面積に対する微孔部分の占める総表面積の割合は、２
０〜９０％、好ましくは２５〜８０％である必要があ
る。開孔率が２０％未満では、マトリックスとの接着性
が不十分であり、９０％を超えると、繊維の強度維持が
不十分となる。
【０００８】微孔の形態は、特に限定はないが、繊維軸
方向に伸びた楕円形またはスリット状であることがマト
リックスとの接着性の点で好ましい。
方向に伸びた楕円形またはスリット状であることがマト
リックスとの接着性の点で好ましい。
【０００９】本発明のポリプロピレン繊維においては、
微孔は、また繊維内部に存在してもよく、微孔の分布
は、繊維の機械的強度を確保する上から、繊維が中空部
のない中実繊維である場合は、（ａ）微孔が、繊維表面
から０．２〜５μｍ、好ましくは０．２〜２μｍの深さ
までの表層領域に、繊維断面における中心部の微孔の存
在しない非多孔質部と微孔の存在する多孔質部の比が、
図１で示すように繊維半径ｒ2に対する非多孔質部半径
ｒ1の比で６０〜９９．９２％の範囲に分布して存在す
るか、（ｂ）微孔が、繊維断面の全体に繊維断面積に対
する微孔総断面積の比で２５〜６０％の範囲で分布して
存在することにより繊維の機械的強度が確保される。
微孔は、また繊維内部に存在してもよく、微孔の分布
は、繊維の機械的強度を確保する上から、繊維が中空部
のない中実繊維である場合は、（ａ）微孔が、繊維表面
から０．２〜５μｍ、好ましくは０．２〜２μｍの深さ
までの表層領域に、繊維断面における中心部の微孔の存
在しない非多孔質部と微孔の存在する多孔質部の比が、
図１で示すように繊維半径ｒ2に対する非多孔質部半径
ｒ1の比で６０〜９９．９２％の範囲に分布して存在す
るか、（ｂ）微孔が、繊維断面の全体に繊維断面積に対
する微孔総断面積の比で２５〜６０％の範囲で分布して
存在することにより繊維の機械的強度が確保される。
【００１０】繊維が中空繊維である場合は、微孔は、図
２で示すように繊維半径ｒ2の２０〜７０％、好ましく
は３０〜５０％に相当する繊維膜厚さ（繊維半径ｒ2−
中空部半径ｒ3）を有する繊維の表面から０．２〜５μ
ｍ、好ましくは０．２〜２μｍの深さまでの表層領域
に、繊維断面における膜状繊維断面積に対する微孔総断
面積の比で３〜６０％の範囲で分布して存在することに
より繊維の機械的強度が確保される。
２で示すように繊維半径ｒ2の２０〜７０％、好ましく
は３０〜５０％に相当する繊維膜厚さ（繊維半径ｒ2−
中空部半径ｒ3）を有する繊維の表面から０．２〜５μ
ｍ、好ましくは０．２〜２μｍの深さまでの表層領域
に、繊維断面における膜状繊維断面積に対する微孔総断
面積の比で３〜６０％の範囲で分布して存在することに
より繊維の機械的強度が確保される。
【００１１】本発明のポリプロピレン繊維は、５％以
上、好ましくは１０％以上の破断伸度、０．５ＧＰａ以
上、好ましくは１．５ＧＰａ以上の引張り強度及び５Ｇ
Ｐａ以上、好ましくは１５ＧＰａの引張り弾性率を有
し、補強用繊維として有用でかつ有効な機械的特性を有
する。
上、好ましくは１０％以上の破断伸度、０．５ＧＰａ以
上、好ましくは１．５ＧＰａ以上の引張り強度及び５Ｇ
Ｐａ以上、好ましくは１５ＧＰａの引張り弾性率を有
し、補強用繊維として有用でかつ有効な機械的特性を有
する。
【００１２】本発明のポリプロピレン繊維の形態は、補
強用繊維として適用するのに有効な直径として１〜５０
０μｍ、好ましくは３〜４００μｍの範囲とする以外
は、特に限定はなく、中空部のない中実繊維でもまた前
述したように中空部のある中空繊維であってもよく、ま
た断面形状も円形のみならず円形以外の形状であっても
よい。
強用繊維として適用するのに有効な直径として１〜５０
０μｍ、好ましくは３〜４００μｍの範囲とする以外
は、特に限定はなく、中空部のない中実繊維でもまた前
述したように中空部のある中空繊維であってもよく、ま
た断面形状も円形のみならず円形以外の形状であっても
よい。
【００１３】本発明のポリプロピレン繊維を製造する方
法を以下説明する。ポリプロピレン繊維を製造するに用
いるアイソタクティクポリプロピレンは、そのメルトフ
ローインデックス（ＭＩ値）が０．０５〜３０の範囲に
ある必要がある。ＭＩ値が０．０５未満であると、溶融
粘度が高すぎて繊維を得る際に安定して紡糸することが
困難であり、３０を超えると、溶融粘度が低く冷却不足
を生じ、安定な紡糸が困難である。なお、ＭＩ値は、Ｊ
ＩＳ Ｋ７２１０に準じ温度１９０℃でのノズル通過量
（単位ｇ／１０ｍｉｎ、荷重２．１６９Ｋｇ）をもって
表す。
法を以下説明する。ポリプロピレン繊維を製造するに用
いるアイソタクティクポリプロピレンは、そのメルトフ
ローインデックス（ＭＩ値）が０．０５〜３０の範囲に
ある必要がある。ＭＩ値が０．０５未満であると、溶融
粘度が高すぎて繊維を得る際に安定して紡糸することが
困難であり、３０を超えると、溶融粘度が低く冷却不足
を生じ、安定な紡糸が困難である。なお、ＭＩ値は、Ｊ
ＩＳ Ｋ７２１０に準じ温度１９０℃でのノズル通過量
（単位ｇ／１０ｍｉｎ、荷重２．１６９Ｋｇ）をもって
表す。
【００１４】また、アイソタクティクポリプロピレン
は、タクティシティが９６％以上であることが好まし
い。ここでタクティシティとは、側鎖メチル基の配列の
度合いを示す物理量であり、ｎ−ヘプタン不溶分につい
てマクロモリキュール（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ
ｓ）Ｖｏｌ．６，Ｐ．９２５（１９７３）及び同Ｖｏ
ｌ．８、Ｐ．６８７（１９７５）の記載の方法に準じて
測定した値である。
は、タクティシティが９６％以上であることが好まし
い。ここでタクティシティとは、側鎖メチル基の配列の
度合いを示す物理量であり、ｎ−ヘプタン不溶分につい
てマクロモリキュール（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ
ｓ）Ｖｏｌ．６，Ｐ．９２５（１９７３）及び同Ｖｏ
ｌ．８、Ｐ．６８７（１９７５）の記載の方法に準じて
測定した値である。
【００１５】アイソタクティクとは、この側鎖メチル基
が同一方向に配列したものであり、タクティシティが高
いほどポリマーの結晶性は高くなる。タクティシティが
９６％よりも小さいポリマーを用いた場合、延伸後の繊
維の表面には微孔が形成されない。タクティシティ９６
％以上は、結晶化度では５０％以上に対応する。ポリマ
ー ハンドブック（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏ
ｋ）ウイリィ、ニューヨーク、１９７５、Ｐ．Ｖ−２３
による結晶部密度０．９３６ｇ／ｃｍ3、非晶部密度
０．８５０ｇ／ｃｍ3を用いると、結晶化度５０％以上
は、平均密度０．８９０ｇ／ｃｍ3に対応する。本発明
でのポリプロピレンの密度とは、この平均密度を示し、
０．８９０ｇ／ｃｍ3以上であることが必要である。
が同一方向に配列したものであり、タクティシティが高
いほどポリマーの結晶性は高くなる。タクティシティが
９６％よりも小さいポリマーを用いた場合、延伸後の繊
維の表面には微孔が形成されない。タクティシティ９６
％以上は、結晶化度では５０％以上に対応する。ポリマ
ー ハンドブック（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏ
ｋ）ウイリィ、ニューヨーク、１９７５、Ｐ．Ｖ−２３
による結晶部密度０．９３６ｇ／ｃｍ3、非晶部密度
０．８５０ｇ／ｃｍ3を用いると、結晶化度５０％以上
は、平均密度０．８９０ｇ／ｃｍ3に対応する。本発明
でのポリプロピレンの密度とは、この平均密度を示し、
０．８９０ｇ／ｃｍ3以上であることが必要である。
【００１６】本発明においては、かかる特定のポリプロ
ピレンを繊維製造用のノズルを用いて溶融紡糸し、高配
向結晶性の未延伸繊維を用意する。中空繊維の場合は、
二重管構造を有するノズルを用いることが偏肉が少ない
繊維を得る上で望ましいが、弧状スリット組合せ構造等
のノズルを用いてもよい。二重管構造のノズルにおいて
は、繊維中空部へ中空状態を保持するために供給する気
体は、自然吸気であっても、また強制吸気であってもよ
い。
ピレンを繊維製造用のノズルを用いて溶融紡糸し、高配
向結晶性の未延伸繊維を用意する。中空繊維の場合は、
二重管構造を有するノズルを用いることが偏肉が少ない
繊維を得る上で望ましいが、弧状スリット組合せ構造等
のノズルを用いてもよい。二重管構造のノズルにおいて
は、繊維中空部へ中空状態を保持するために供給する気
体は、自然吸気であっても、また強制吸気であってもよ
い。
【００１７】本発明のポリプロピレン繊維を安定に得る
ためには、紡糸温度は、ポリマーの融点より３０〜８０
℃高い温度に設定することが望ましい。この温度範囲よ
り低温で紡糸した場合は、ポリマーの溶融が不完全とな
りメルトフラクチャーが起こり易く、延伸工程での安定
性が低下し、またこの温度範囲より高温で紡糸した場合
は、延伸での微孔の形成が困難である。
ためには、紡糸温度は、ポリマーの融点より３０〜８０
℃高い温度に設定することが望ましい。この温度範囲よ
り低温で紡糸した場合は、ポリマーの溶融が不完全とな
りメルトフラクチャーが起こり易く、延伸工程での安定
性が低下し、またこの温度範囲より高温で紡糸した場合
は、延伸での微孔の形成が困難である。
【００１８】ノズルより吐出されたポリマーは、紡糸ド
ラフト比２００〜２０００で引き取り、未延伸繊維とさ
れる。引き取りの際、紡糸ドラフト比が２００未満で
は、高配向の未延伸繊維が得られず、延伸しても微孔の
形成は困難であり、紡糸ドラフト比が２０００を超える
と、３００％以上の総延伸量を得ることが可能な未延伸
繊維が得られない。
ラフト比２００〜２０００で引き取り、未延伸繊維とさ
れる。引き取りの際、紡糸ドラフト比が２００未満で
は、高配向の未延伸繊維が得られず、延伸しても微孔の
形成は困難であり、紡糸ドラフト比が２０００を超える
と、３００％以上の総延伸量を得ることが可能な未延伸
繊維が得られない。
【００１９】得られた未延伸繊維は、ラメラ結晶の結晶
面が繊維軸に垂直であり、ラメラ結晶が高度に配向積層
した構造の繊維となる。このラメラ構造の配向積層構造
をより完全なものとするためには、未延伸繊維を１２０
〜１６０℃、好ましくは１４０〜１５５℃で３分以上の
アニール処理ともいわれる熱処理を施すことが有効な手
段である。
面が繊維軸に垂直であり、ラメラ結晶が高度に配向積層
した構造の繊維となる。このラメラ構造の配向積層構造
をより完全なものとするためには、未延伸繊維を１２０
〜１６０℃、好ましくは１４０〜１５５℃で３分以上の
アニール処理ともいわれる熱処理を施すことが有効な手
段である。
【００２０】本発明においては、前述のように用意され
た未延伸繊維を次のいずれかの方法で延伸することがで
きる。 （イ）冷延伸を行い、引き続き熱延伸を行う。 （ロ）冷延伸を行うことなく、熱延伸のみを行う。
た未延伸繊維を次のいずれかの方法で延伸することがで
きる。 （イ）冷延伸を行い、引き続き熱延伸を行う。 （ロ）冷延伸を行うことなく、熱延伸のみを行う。
【００２１】（イ）の方法における冷延伸では、結晶構
造を破壊しミクロクレーズを発生させる。結晶ラメラ中
の分子鎖の熱振動による結晶緩和を起こさせることな
く、ミクロクレーズを発生させるためには、冷延伸にお
ける温度は、４０℃以下とすることが望ましい。冷延伸
は、延伸量で１〜１００％に延伸することが好ましい。
かかる冷延伸を行った後、熱延伸を行う。熱延伸は、１
２０〜１６０℃で行うことが望ましく、熱延伸における
温度が１２０℃未満では、孔径が０．０５μｍ未満とな
り、かつ開孔率が２０％未満となり、目的とする微孔が
形成されず、１６０℃を超えると、繊維が透明化し、望
ましい微孔の形成が困難となる。熱延伸は、１段のみで
行っても２段以上の多段で行ってもよいが、総ての段で
それぞれ変形速度が１分あたり３０％を超える、好まし
くは３５％を超えるように設定する。変形速度が１分あ
たり３０％以下では、繊維表面から５μｍを超える深い
領域まで開孔し繊維の強度低下が生ずる。
造を破壊しミクロクレーズを発生させる。結晶ラメラ中
の分子鎖の熱振動による結晶緩和を起こさせることな
く、ミクロクレーズを発生させるためには、冷延伸にお
ける温度は、４０℃以下とすることが望ましい。冷延伸
は、延伸量で１〜１００％に延伸することが好ましい。
かかる冷延伸を行った後、熱延伸を行う。熱延伸は、１
２０〜１６０℃で行うことが望ましく、熱延伸における
温度が１２０℃未満では、孔径が０．０５μｍ未満とな
り、かつ開孔率が２０％未満となり、目的とする微孔が
形成されず、１６０℃を超えると、繊維が透明化し、望
ましい微孔の形成が困難となる。熱延伸は、１段のみで
行っても２段以上の多段で行ってもよいが、総ての段で
それぞれ変形速度が１分あたり３０％を超える、好まし
くは３５％を超えるように設定する。変形速度が１分あ
たり３０％以下では、繊維表面から５μｍを超える深い
領域まで開孔し繊維の強度低下が生ずる。
【００２２】（ロ）の方法においては、熱延伸は、
（イ）の方法におけると同様、熱延伸温度１２０〜１６
０℃で行うことが望ましく、２段以上の多段で行うが、
各段でそれぞれ変形速度が１分あたり３０％を超えるよ
うに設定し、好ましくは、１段目は、変形速度が１分あ
たり３０％を超え、２段目以降は、変形速度が１分あた
り３５％を超えるよう設定する。なお、本発明における
熱延伸時の変形速度とは、延伸区間における延伸量
（％）を繊維が延伸区間を通過する時間で除して求めた
値である。
（イ）の方法におけると同様、熱延伸温度１２０〜１６
０℃で行うことが望ましく、２段以上の多段で行うが、
各段でそれぞれ変形速度が１分あたり３０％を超えるよ
うに設定し、好ましくは、１段目は、変形速度が１分あ
たり３０％を超え、２段目以降は、変形速度が１分あた
り３５％を超えるよう設定する。なお、本発明における
熱延伸時の変形速度とは、延伸区間における延伸量
（％）を繊維が延伸区間を通過する時間で除して求めた
値である。
【００２３】本発明においては、総延伸量は、冷延伸を
行う場合を含め、３００％以上、好ましくは５００％以
上とすることが微孔の形成上必要である。しかしなが
ら、総延伸量の増大に伴い破断伸度が低下することか
ら、破断伸度を５％以上となすためには、総延伸量の上
限は、約１０００％である。
行う場合を含め、３００％以上、好ましくは５００％以
上とすることが微孔の形成上必要である。しかしなが
ら、総延伸量の増大に伴い破断伸度が低下することか
ら、破断伸度を５％以上となすためには、総延伸量の上
限は、約１０００％である。
【００２４】熱延伸された繊維は、ほぼ形態の安定性が
確保されたものであり、必ずしも多数の微孔の存在構造
の固定を目的とする熱セットを必要とはしないが、必要
に応じて、熱延伸温度と同じ温度領域で、応力緊張下で
定長若しくは収縮させつつ熱セットを行う。
確保されたものであり、必ずしも多数の微孔の存在構造
の固定を目的とする熱セットを必要とはしないが、必要
に応じて、熱延伸温度と同じ温度領域で、応力緊張下で
定長若しくは収縮させつつ熱セットを行う。
【００２５】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
る。
る。
【００２６】（実施例１）タクティシティ９８．８％、
ＭＩ値８のアイソタクティクポリプロピレンを、プラン
ジャー型押出機に装着した孔径５ｍｍの紡糸ノズルより
紡糸温度２３０℃で吐出し、１００ｃｍのエアーギャッ
プ下、２５℃の空気中で、紡糸ドラフト比２００で巻取
り未延伸繊維を得た。この未延伸繊維を１４５℃の加熱
空気中で８時間熱処理した。次いで室温で初期長さに対
して４０％冷延伸した後、１４０℃に加熱した５個の加
熱ボックス中で各段の熱延伸時の変形速度を１分あたり
５０％とし、５段の延伸で総延伸量３００％に延伸し
た。
ＭＩ値８のアイソタクティクポリプロピレンを、プラン
ジャー型押出機に装着した孔径５ｍｍの紡糸ノズルより
紡糸温度２３０℃で吐出し、１００ｃｍのエアーギャッ
プ下、２５℃の空気中で、紡糸ドラフト比２００で巻取
り未延伸繊維を得た。この未延伸繊維を１４５℃の加熱
空気中で８時間熱処理した。次いで室温で初期長さに対
して４０％冷延伸した後、１４０℃に加熱した５個の加
熱ボックス中で各段の熱延伸時の変形速度を１分あたり
５０％とし、５段の延伸で総延伸量３００％に延伸し
た。
【００２７】引き続き１５０℃に加熱した加熱ボックス
中で定長で１分間熱セットし、延伸繊維を得た。得られ
た繊維は、直径が４１μｍで、繊維表面に水銀圧入法で
の測定による最小孔径０．５μｍ、最大孔径０．７μ
ｍ、平均孔径０．６μｍの微孔が、開孔率４０％で存在
し、繊維断面での電子顕微鏡観察によると繊維表面から
１．５μｍの層まで微孔が分布しており、非多孔質部半
径ｒ1／繊維半径ｒ2は０．９３であった。また、この繊
維は、破断伸度が１０％、引張り強度が０．７ＧＰａ、
引張り弾性率が６ＧＰａであった。
中で定長で１分間熱セットし、延伸繊維を得た。得られ
た繊維は、直径が４１μｍで、繊維表面に水銀圧入法で
の測定による最小孔径０．５μｍ、最大孔径０．７μ
ｍ、平均孔径０．６μｍの微孔が、開孔率４０％で存在
し、繊維断面での電子顕微鏡観察によると繊維表面から
１．５μｍの層まで微孔が分布しており、非多孔質部半
径ｒ1／繊維半径ｒ2は０．９３であった。また、この繊
維は、破断伸度が１０％、引張り強度が０．７ＧＰａ、
引張り弾性率が６ＧＰａであった。
【００２８】（実施例２）実施例１で得た未延伸繊維を
室温で初期長さに対して４０％冷延伸した後、１４０℃
に加熱した１１個の加熱ボックス中で各段の熱延伸時の
変形速度を１分あたり３２％とし、１１段の延伸で総延
伸量３００％に延伸して、延伸繊維を得た。得られた繊
維は、直径が４５μｍで、繊維表面に水銀圧入法での測
定による平均孔径０．４μｍの微孔が、開孔率４０％で
存在し、繊維断面での電子顕微鏡観察によると繊維断面
全体に微孔が分布しており、繊維断面積に対する微孔総
断面積の比は４０％であった。また、この繊維は、破断
伸度が１０％、引張り強度が０．８ＧＰａ、引張り弾性
率が６ＧＰａであった。
室温で初期長さに対して４０％冷延伸した後、１４０℃
に加熱した１１個の加熱ボックス中で各段の熱延伸時の
変形速度を１分あたり３２％とし、１１段の延伸で総延
伸量３００％に延伸して、延伸繊維を得た。得られた繊
維は、直径が４５μｍで、繊維表面に水銀圧入法での測
定による平均孔径０．４μｍの微孔が、開孔率４０％で
存在し、繊維断面での電子顕微鏡観察によると繊維断面
全体に微孔が分布しており、繊維断面積に対する微孔総
断面積の比は４０％であった。また、この繊維は、破断
伸度が１０％、引張り強度が０．８ＧＰａ、引張り弾性
率が６ＧＰａであった。
【００２９】（実施例３）実施例１において、未延伸繊
維を、熱処理後に、冷延伸しない以外は、実施例１と同
様にして延伸繊維を得た。得られた繊維は、直径が４５
μｍで、繊維表面に水銀圧入法での測定による最小孔径
０．２μｍ、最大孔径１μｍ、平均孔径０．６μｍの微
孔が、開孔率４０％で存在し、繊維断面での電子顕微鏡
観察によると繊維表面から１．５μｍの層まで微孔が分
布しており、ｒ1／ｒ2は０．９３であった。また、この
繊維は、破断伸度が１１％、引張り強度が０．８ＧＰ
ａ、引張り弾性率が６ＧＰａであった。
維を、熱処理後に、冷延伸しない以外は、実施例１と同
様にして延伸繊維を得た。得られた繊維は、直径が４５
μｍで、繊維表面に水銀圧入法での測定による最小孔径
０．２μｍ、最大孔径１μｍ、平均孔径０．６μｍの微
孔が、開孔率４０％で存在し、繊維断面での電子顕微鏡
観察によると繊維表面から１．５μｍの層まで微孔が分
布しており、ｒ1／ｒ2は０．９３であった。また、この
繊維は、破断伸度が１１％、引張り強度が０．８ＧＰ
ａ、引張り弾性率が６ＧＰａであった。
【００３０】（実施例４）タクティシティ９８．８％、
ＭＩ値８のアイソタクティクポリプロピレンを、吐出口
径１６ｍｍ、円環スリット幅２ｍｍの中空糸膜賦形用紡
糸ノズルを用い、紡糸温度２００℃で吐出し、巻取り速
度５２ｍ／ｍｉｎ、紡糸ドラフト比９００で未延伸中空
繊維を得た。得られた未延伸中空繊維は、繊維半径が３
２０μｍ、膜厚さ７０μｍであった。この未延伸中空繊
維を１４５℃の加熱空気中で８時間熱処理した。熱処理
未延伸中空繊維は、弾性回復率が９７％であった。次い
で室温で初期長さに対して４０％冷延伸した後、１４０
℃に加熱した１１個の加熱ボックス中で各段の熱延伸時
の変形速度を１分あたり３０％とし、１１段の延伸で総
延伸量３００％に延伸した。
ＭＩ値８のアイソタクティクポリプロピレンを、吐出口
径１６ｍｍ、円環スリット幅２ｍｍの中空糸膜賦形用紡
糸ノズルを用い、紡糸温度２００℃で吐出し、巻取り速
度５２ｍ／ｍｉｎ、紡糸ドラフト比９００で未延伸中空
繊維を得た。得られた未延伸中空繊維は、繊維半径が３
２０μｍ、膜厚さ７０μｍであった。この未延伸中空繊
維を１４５℃の加熱空気中で８時間熱処理した。熱処理
未延伸中空繊維は、弾性回復率が９７％であった。次い
で室温で初期長さに対して４０％冷延伸した後、１４０
℃に加熱した１１個の加熱ボックス中で各段の熱延伸時
の変形速度を１分あたり３０％とし、１１段の延伸で総
延伸量３００％に延伸した。
【００３１】引き続き１５０℃に加熱した加熱ボックス
中で定長で１分間熱セットし、延伸中空繊維を得た。得
られた繊維は、中空部を有し、繊維半径が２５０μｍ、
膜厚さ７０μｍで、繊維表面に水銀圧入法での測定によ
る最小孔径０．２μｍ、最大孔径１．４μｍ、平均孔径
０．８μｍの微孔が、開孔率４０％で存在し、繊維断面
での電子顕微鏡観察によると繊維表面から３μｍの層ま
で微孔が分布しており、繊維断面積に対する微孔総断面
積の比は５％であった。また、この繊維は、破断伸度が
１２％、引張り強度が０．７ＧＰａ、引張り弾性率が７
ＧＰａであった。
中で定長で１分間熱セットし、延伸中空繊維を得た。得
られた繊維は、中空部を有し、繊維半径が２５０μｍ、
膜厚さ７０μｍで、繊維表面に水銀圧入法での測定によ
る最小孔径０．２μｍ、最大孔径１．４μｍ、平均孔径
０．８μｍの微孔が、開孔率４０％で存在し、繊維断面
での電子顕微鏡観察によると繊維表面から３μｍの層ま
で微孔が分布しており、繊維断面積に対する微孔総断面
積の比は５％であった。また、この繊維は、破断伸度が
１２％、引張り強度が０．７ＧＰａ、引張り弾性率が７
ＧＰａであった。
【００３２】（実施例５）実施例１で得た未延伸繊維を
室温で初期長さに対して１００％冷延伸した後、１４０
℃に加熱した１１個の加熱ボックス中で各段の熱延伸時
の変形速度を１分あたり６０％とし、１１段の延伸で総
延伸量３００％に延伸して、延伸繊維を得た。得られた
繊維は、直径が３０μｍで、繊維表面に水銀圧入法での
測定による平均孔径０．０６μｍの微孔が、開孔率４５
％で存在し、繊維断面での電子顕微鏡観察によると繊維
断面全体に微孔が分布しており、繊維断面積に対する微
孔総断面積の比は５０％であった。また、この繊維は、
破断伸度が１０％、引張り強度が０．８ＧＰａ、引張り
弾性率が６ＧＰａであった。
室温で初期長さに対して１００％冷延伸した後、１４０
℃に加熱した１１個の加熱ボックス中で各段の熱延伸時
の変形速度を１分あたり６０％とし、１１段の延伸で総
延伸量３００％に延伸して、延伸繊維を得た。得られた
繊維は、直径が３０μｍで、繊維表面に水銀圧入法での
測定による平均孔径０．０６μｍの微孔が、開孔率４５
％で存在し、繊維断面での電子顕微鏡観察によると繊維
断面全体に微孔が分布しており、繊維断面積に対する微
孔総断面積の比は５０％であった。また、この繊維は、
破断伸度が１０％、引張り強度が０．８ＧＰａ、引張り
弾性率が６ＧＰａであった。
【００３３】（比較例１）実施例１で得た未延伸繊維を
室温で初期長さに対して１００％冷延伸した後、１４０
℃に加熱した１１個の加熱ボックス中で各段の熱延伸時
の変形速度を１分あたり５％とし、１１段の延伸で総延
伸量５００％に延伸する以外は、実施例１と同様にし
て、延伸繊維を得た。得られた繊維は、直径が４０μｍ
で、繊維表面に水銀圧入法での測定による最小孔径０．
０１μｍ、最大孔径０．０３μｍ、平均孔径０．０２μ
ｍの微細孔が、開孔率８５％で存在し、繊維断面での電
子顕微鏡観察によると繊維断面全体に微細孔が分布し、
繊維断面積に対する微細孔総面積の比が９５％であっ
た。また、この繊維は、破断伸度が１０％、引張り強度
が０．００５８ＧＰａ、引張り弾性率が０．０５８ＧＰ
ａであった。
室温で初期長さに対して１００％冷延伸した後、１４０
℃に加熱した１１個の加熱ボックス中で各段の熱延伸時
の変形速度を１分あたり５％とし、１１段の延伸で総延
伸量５００％に延伸する以外は、実施例１と同様にし
て、延伸繊維を得た。得られた繊維は、直径が４０μｍ
で、繊維表面に水銀圧入法での測定による最小孔径０．
０１μｍ、最大孔径０．０３μｍ、平均孔径０．０２μ
ｍの微細孔が、開孔率８５％で存在し、繊維断面での電
子顕微鏡観察によると繊維断面全体に微細孔が分布し、
繊維断面積に対する微細孔総面積の比が９５％であっ
た。また、この繊維は、破断伸度が１０％、引張り強度
が０．００５８ＧＰａ、引張り弾性率が０．０５８ＧＰ
ａであった。
【００３４】
【発明の効果】本発明のポリプロピレン繊維は、繊維表
面に開孔した多数の微孔が存在し、本来の低比重に加え
多孔質であることから、軽量でありながら、高強度、高
弾性率を有する繊維であり、樹脂複合材料、セメント複
合材料等の複合材料の樹脂、セメント等の広範囲のマト
リックスとの接着性に優れた補強用繊維として極めて有
用なるものであり、また高い破断伸度を有することから
複合材料への瞬間的衝撃に対しても繊維の損傷が少な
く、補強用繊維としての機能維持性が高いものである。
面に開孔した多数の微孔が存在し、本来の低比重に加え
多孔質であることから、軽量でありながら、高強度、高
弾性率を有する繊維であり、樹脂複合材料、セメント複
合材料等の複合材料の樹脂、セメント等の広範囲のマト
リックスとの接着性に優れた補強用繊維として極めて有
用なるものであり、また高い破断伸度を有することから
複合材料への瞬間的衝撃に対しても繊維の損傷が少な
く、補強用繊維としての機能維持性が高いものである。
【図１】本発明のポリプロピレン繊維の例の拡大模式断
面図である。
面図である。
【図２】本発明のポリプロピレン中空繊維の例の拡大模
式断面図である。
式断面図である。
１ 微孔 ２ 非多孔質部 ３ 中空部 ｒ1 非多孔質部半径 ｒ2 繊維半径 ｒ3 中空部半径
Claims (5)
- 【請求項１】 繊維表面に平均孔径０．０５〜２μｍ、
開孔率２０〜９０％の多数の微孔が存在し、５％以上の
破断伸度、０．５ＧＰａ以上の引張り強度及び５ＧＰａ
以上の引張り弾性率を有する繊維直径１〜５００μｍの
高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維。 - 【請求項２】 繊維断面において微孔が繊維表面から
０．２〜５μｍの表層領域に存在する請求項１記載の高
強度、高弾性率ポリプロピレン繊維。 - 【請求項３】 繊維断面における繊維の全体に微孔が繊
維断面積に対する微孔総断面積の比で３〜６０％の範囲
で存在する請求項１記載の高強度、高弾性率ポリプロピ
レン繊維。 - 【請求項４】 メルトフローインデックス０．０５〜３
０、密度０．８９０ｇ／ｃｍ3以上のアイソタクティク
ポリプロピレンを溶融紡糸し、得られた未延伸繊維を熱
処理した後、冷延伸を行い延伸量で１〜１００％に延伸
し、引き続き、熱延伸時の変形速度が１分あたり３０％
を超える１段以上の熱延伸を行い総延伸量で３００％以
上に延伸することを特徴とする高強度、高弾性率ポリプ
ロピレン繊維の製造方法。 - 【請求項５】 冷延伸を行うことなく、各段での熱延伸
時の変形速度が１分あたり３０％を超える２段以上の熱
延伸を行い総延伸量で３００％以上に延伸する請求項４
記載の高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34117893A JP3547780B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34117893A JP3547780B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07166415A true JPH07166415A (ja) | 1995-06-27 |
| JP3547780B2 JP3547780B2 (ja) | 2004-07-28 |
Family
ID=18343960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34117893A Expired - Fee Related JP3547780B2 (ja) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | 高強度、高弾性率ポリプロピレン繊維 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3547780B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011226768A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-11-10 | Toray Ind Inc | 気体−液体系中空糸熱交換器 |
| US8067320B2 (en) | 2006-02-06 | 2011-11-29 | Mitsui Chemicals, Inc. | Spunbonded nonwoven fabric |
-
1993
- 1993-12-13 JP JP34117893A patent/JP3547780B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8067320B2 (en) | 2006-02-06 | 2011-11-29 | Mitsui Chemicals, Inc. | Spunbonded nonwoven fabric |
| JP4943349B2 (ja) * | 2006-02-06 | 2012-05-30 | 三井化学株式会社 | スパンボンド不織布 |
| JP2011226768A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-11-10 | Toray Ind Inc | 気体−液体系中空糸熱交換器 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3547780B2 (ja) | 2004-07-28 |
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