JPH0718518A

JPH0718518A - マイクロ波アニーリングにより高い強力およびモジユラスを有するパラ−アラミド繊維を作る方法

Info

Publication number: JPH0718518A
Application number: JP3356822A
Authority: JP
Inventors: Sibbley P Gauntt; シブレイ・ポール・ゴーント; Hua-Feng Huang; フア−フエング・フアング
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 1995-01-20
Also published as: KR920012633A; US5175239A; DE4143105A1; NL9102174A

Abstract

(57)【要約】【目的】乾燥ポリマーの重量に基づいて２０〜２００
重量％の水を含有する決して乾燥していないパラ−アラ
ミド繊維を加熱して、８００ｇｐｄより大きいモジュラ
スを有すると同時に高い強力を有する繊維を形成する方
法を提供する。【構成】乾燥フィラメントの１ｇ当たり０．２〜２．
０ｇの水を含有する決して乾燥していないパラ−アラミ
ド繊維を、１００〜１００００ＭＨｚの周波数で作動す
る少なくとも１つのマイクロ波共鳴キャビティアプリケ
ーターに供給して、２００℃〜５５０℃の温度に０．０
５〜０．５秒間加熱し、その間パラ−アラミド繊維を少
なくとも０．２ｇｐｄの張力下にして少なくとも８００
ｇｐｄのモジュラスを有する繊維を得ることを特徴とす
る方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紡糸されたばかりの決
して乾燥していない（ｎｅｖｅｒ−ｄｒｉｅｄ）パラ−
アラミド繊維、例えば、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタ
ルアミド）から作られた繊維を誘電ヒーターで急速に加
熱して、高い強力（ｔｅｎａｃｉｔｙ）およびモジュラ
スを有する繊維を生成し、次いで誘電ヒーターまたは放
射または対流の炉によるそれ以上の加熱を包含すること
ができる種々の仕上げ工程を実施し、次いで冷却しそし
て仕上げ剤を適用する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第３，８６９，４２９号および
米国特許第３，８６９，４３０号は、ポリ（ｐ−フェニ
レンテレフタルアミド）（ＰＰＤ−Ｔ）を包含する種々
の芳香族ポリアミドの繊維を開示しており、高い強力お
よび高いモジュラスを有する繊維を生ずるために、前記
繊維は適度の張力下に加熱処理することができるか、あ
るいは加熱処理されている。

【０００３】日本国特許出願５９−１１６４１１号、１
９８４年７月５日出願公開、は、ＰＰＤ−Ｔに対する非
溶媒である脂肪族ポリアミドのための溶媒で、形成され
たばかりの繊維の構造から、本来紡糸ドープの中に溶解
した、脂肪族ポリアミドを溶解することによって作った
孔をもつＰＰＤ−Ｔ繊維を開示している。この参考文献
の実施例３は、１．３８ｇ／ｃｃの密度、２４ｇｐｄの
単一のフィラメント強度、２．５％の伸びおよび８７０
ｇｐｄのヤング率を有する繊維を開示している。

【０００４】米国特許第４，８８３，６３４号は、決し
て乾燥していないポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミ
ド）繊維を乱流ガスのジェットおよび放射加熱炉により
熱処理して、高いモジュラスおよび高い強力の繊維を生
ずることを開示している。

【０００５】米国特許第３，５５７，３３４号は、マイ
クロ波電力源に連結した３つの口のサーキュレーター、
水負荷および共鳴キャビティを有するマイクロ波共鳴キ
ャビティシステムを開示している。このシステムは、共
働するロールの対によりこのシステムに供給されそして
取り出される湿ったトウまたは糸を加熱するために適当
であると開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題及びそれを解決するため
の手段】本発明は、決して乾燥していないパラ−アラミ
ド繊維を急速に加熱して、高い強力、高いモジュラス、
および、選択した条件下に、減少した密度を有するフィ
ラメントを得る、誘電加熱法に関する。

【０００７】この方法は、決して乾燥していないアラミ
ド繊維を、１００〜１０，０００メガヘルツ（ＭＨ
ｚ）、典型的には９１５又は２４５０ＭＨｚのマイクロ
波放射を使用する第１の誘電加熱に導入して、繊維を２
００℃〜５５０℃に０．０５〜０．５秒間加熱する工程
を包含する。マイクロ波放射から取り出すと、繊維は
１．３０〜１．４３ｇ／ｃｃまたはそれより高い密度、
２０より大きい、典型的には２０〜３０ｇｐｄの糸の強
力、および８００より大きい、典型的には８００〜１２
００ｇｐｄのモジュラスを有する。次いで、繊維をそれ
以上の処理、例えば、冷却および仕上げ剤の適用にかけ
ることができる。

【０００８】この方法の好ましい態様において、前述の
誘電加熱工程を去る繊維は、なお、２０重量％より多
い、典型的には２０〜１００重量％より多い湿気を含有
し、そして第２の誘電加熱工程にかけ、この工程は繊維
を５５０℃程度に高い温度に加熱し、そして１２００ｇ
ｐｄまたはそれ以上のより高いモジュラスをもつ繊維を
提供する。

【０００９】あるいは、２つの誘電ヒーター、すなわ
ち、９１５または２４５０ＭＨｚの第１ユニットおよび
２４５０ＭＨｚの第２ユニットを使用して繊維を５００
℃より高い温度に加熱することができる。この別の方法
は、１１００ｇｐｄより大きいモジュラスおよび約１．
５０ｇ／ｃｃまでの密度を有する繊維を生ずる。

【００１０】あるいは、繊維は対流または放射のヒータ
ーと連続した１または２つの誘電ユニットで５００℃よ
り高い温度に加熱することができ、これは、また、約
１．５０ｇ／ｃｃまでの密度および１１００より大きい
モジュラスを有する繊維を生ずる。

【００１１】本発明は、また、ポリ（ｐ−フェニレンテ
レフタルアミド）の低い密度のフィラメントに関し、こ
こでフィラメントはその縦軸と実質的に平行な内部のク
ラックを含有し、そして一般にフィラメントの直径の少
なくとも１０倍の長さを有し、ここでクラックはフィラ
メントの表面を突破せず、そして割れは内部のボイドを
形成して、１．３６〜１．４３ｇ／ｃｃの密度のフィラ
メントを生ずる。

【００１２】乾燥したパラ−アラミドの材料はマイクロ
波放射により加熱せずそして、もちろん、水はその沸騰
温度に加熱する。マイクロ波放射を使用してパラ−アラ
ミド繊維を水によって繊維の構造において水の沸騰温度
より１００℃からほとんど５００℃高い温度に加熱する
ことができることが発見された。この驚くべき加熱の程
度の理由は完全には理解されていない。

【００１３】図１を参照すると、決して乾燥していない
糸１１は供給ロール１２から回転ガイド１３、１４およ
び１５の上を供給されて、糸の所望の整列を保証する。
次いで、糸を脱水装置１６を通して供給する。一般に、
脱水装置は糸に向けられた高い速度のジェットである
か、あるいは１系列の磨いたセラミックのピンからなる
機械的水ストリッパーであり、ここでピンはそれらが糸
を軽くプレスして過剰の水を除去するように配置されて
いる。過剰の水は一般に糸の表面上の水である。脱水装
置１６の使用は任意である。脱水装置１６から、糸１１
は第１セットのテンションロール１７および１８に供給
される。脱水装置１６は、また、テンションロール１７
および１８の後にかつマイクロ波共鳴キャビティアプリ
ケーター１９の前に位置することができる。糸は一般に
ロール１７および１８のまわりの５〜１２ラップ作り、
次いでマイクロ波共鳴キャビティアプリケーター１９の
中に入り、ここでそれは誘電加熱される。糸が吸収する
マイクロ波のエネルギーは、マイクロ波共鳴キャビティ
アプリケーター１９の出口に位置する温度計２０で測定
して、糸を所望の温度に加熱する下記に記載する方法で
調節する。好ましくは温和な水スプレー２１を適用して
糸を冷却し、そして糸の上に存在しうる静電荷を減少す
る。典型的には０．２〜１０ｇｐｄ、好ましくは２〜６
ｇｐｄのテンションを生成するように設定された、第２
セットのテンションロール２２および２３の上を糸が通
過した後、仕上げ剤を適用することができ（図示せず）
そして糸はテンションコントロールドワインダー２４を
使用して巻き取る。

【００１４】図２を参照すると、本発明の加熱法を実施
する多段階加熱システムが描写されている。決して乾燥
していない糸３１を供給ロール３２から取り出し、そし
て回転ガイド３３、３４および３５の上を供給して、所
望のように糸を整列する。次いで、糸は図１に描写する
脱水装置１６に類似する脱水装置３６を通過する。脱水
装置３６から、糸３１は第１対のテンションロール３７
および３８に供給され、この対は、再び、脱水装置３６
の上流に位置することができる。次いで、糸３１はマイ
クロ波の共鳴キャビティアプリケーター３９を通過し、
ここで糸３１は所望の温度に加熱され、この温度はマイ
クロ波の共鳴キャビティアプリケーター３９の出口にお
いて温度計４０により測定される。次いで、糸３１は１
対のテンションロール４１および４２のまわりを通る。
ロール４１および４２は任意であり、そして糸をヒータ
ー４３におけるのと異なる張力下にマイクロ波共鳴キャ
ビティアプリケーター３９においてしようとする場合、
あるいはマイクロ波共鳴キャビティアプリケーター３９
を出る糸を加熱または冷却しようとする場合において、
ロール４１および４２を使用することが必要な場合のみ
である。必要に応じて、テンションロール４１および４
２は内部で加熱または冷却することができる。テンショ
ンロール４１および４２から、糸３１はヒーター４３を
通過する。ヒーター４３はアプリケーター３９に類似す
るもう１つのマイクロ波共鳴キャビティアプリケーター
またはもう１つの型のヒーター、例えば、放射ヒーター
または対流ヒーターであることができる。ヒーター４３
の出口から、糸３１は温度計４４を通過する。好ましく
は、温和な水スプレー４５を使用して糸を冷却し、そし
て糸の上の静電荷を減少する。糸は最後の対のテンショ
ンロール４６および４７を通過した後、テンションコン
トロールドワインダー４８を使用して張力下に巻かれ
る。

【００１５】図３は本発明における使用に適当な、一般
に６０で示す、長方形のマイクロ波共鳴キャビティアプ
リケーターを示す。このアプリケーターは上の区画６１
および下の区画６２により定められたキャビティからな
る。上の区画６１および下の区画６２は距離「ｄ」だけ
間隔をおいて離れており、この距離を使用してキャビテ
ィの共鳴周波数をマグネトロンのそれに同調させて、所
定のＴＭ１１ｎのモードを励起する。上の区画６１は下
の区画６２に関して近付きかつ離れるように動いて、キ
ャビティの周波数を所望の値に同調することができるよ
うに、取り付けられている。下の区画６２のベースは誘
波管６３を装備し、この誘波管６３は下の区画６２に隣
接して交換可能な絞り６４を含む。本発明の好ましいマ
イクロ波共鳴キャビティアプリケーターは、上の区画６
１および下の区画６２を、相互に面する要素をそれらの
間に存在させないで、均一に空間を置いて有することに
よって、すべてのまわりで開放されている。アプリケー
ターの作動の間にキャビティの中に貯蔵された電磁エネ
ルギーのための磁場含有バリヤーを提供するために、上
の区画６１および下の区画６２の球状のへりに植え込ま
れたフェライト材料の連続の列６５および６６が存在す
る。フェライトの列６５および６６の幅は臨界的ではな
いが、キャビティのへりに関連する列６５および６６の
位置は作動条件において１ｍＷ／ｃｍ²以下に電磁場の
漏れを制限すると同時にフェライトの列の過熱を回避す
るために重要である。

【００１６】区画６１および６２により定められるキャ
ビティの大きさは、一般に９１５ＭＨｚまたは２４５０
ＭＨｚである中央の周波数において、ＴＭ１１ｎモード
および所望の共鳴条件を支持するように設計すべきであ
る。次の隣接するモードの周波数における共鳴は、それ
が極端な生成物の湿気の変動または源の周波数の変化の
効果により励起されることがないように、十分に遠くに
離れるように、区画６１および６２により形成されるキ
ャビティの幅および高さは選択される。

【００１７】誘波管６３の端はプローブ６７および任意
のプローブ６８を含み、それらの両者は誘波管６３の中
に伸び込み、それらの６７は捩込みかつ回転可能である
ので、誘波管６３の中へのその伸び込みの程度を調節し
てインピーダンスの合致を促進することができる。この
配置はシステムを分解しないでカップリングの程度の変
化を可能とし、そして捩込まれたプローブ６７を単に回
転させることによってシステムへの負荷の補償を可能と
する。作動において、マイクロ波のエネルギーはマグネ
ロロン６９から誘波管７０を通り、サーキュレーター７
１、誘波管６３および絞り６４を通して、区画６２のベ
ースおよび区画６１および６２により特定されたキャビ
ティの中に入る。反射した電力は誘波管６３、サーキュ
レーター７１および誘波管７２を通して戻って、電力の
吸収および熱への転化のための水の負荷７３へ行く。熱
は熱交換器７４による水の負荷７３から除去される。

【００１８】決して乾燥していない繊維を加熱するため
の作動において、区画６１と６２との間の距離「ｄ」を
調節することによって、システムを回転することができ
る。水蒸気は繊維が加熱されるとき発生し、そして蒸気
として除去するか、あるいは液体に凝縮しそして除去し
なくてはならない。水蒸気は装置の作動を妨害しない。
事実、水蒸気の雰囲気を有することは、空気または不活
性雰囲気より糸のよりすぐれた引張り性質を促進するこ
とがわかる。水蒸気はいくつかの手段により除去するこ
とができる。例えば、区画６１および６２により特定さ
れたキャビティの表面は周囲の露点より上の温度に維持
することができるか、あるいはキャビティをガス、例え
ば、空気または窒素で連続的にパージすることができ
る。下の区画６２は、また、凝縮物を排出するような形
状であることができる。

【００１９】図４は本発明の方法により作られたパラ−
アラミドの断面の写真である。断面の切断は繊維の軸と
４５°の角度でなされた。この図４の繊維を、約２００
０℃／秒の速度で、約３００℃の温度に加熱した。繊維
はその表面まで達しない内部のクラックを有することに
注意すべきである。クラックは縦方向であり、そして
１．４２ｇ／ｃｃより小さい密度を有する繊維を生ず
る。

【００２０】本発明の繊維の低い密度は、繊維が約３０
０℃以上に加熱されないかぎり、クラックが繊維の表面
に一般に達しないことを除けば、乾燥した木材の断面に
おいて見ることができるのと非常に類似する形状をも
つ、主として長い内部のクラックの結果であると信じら
れる。繊維の断面が示すように、これらのクラックは一
般にフィラメントの中央を横切って延び、そして薄い三
角形であるように見え、それらの三角形は他のこのよう
な三角形により繊維の中央においてそれらの狭い側面で
接合されている。ほとんど、クラックは三日月に似て見
えるが、３つの突起を有することができる。それらはフ
ィラメントの全長に沿って非破壊を連続しないが、クラ
ックの長さはフィラメントの直径に対して通常非常に長
い（＞１０×）。繊維は３００℃以上のより高い温度の
加熱されるにつれて、クラックはフィラメントのあるも
ののスキンを通して破壊し始める。高い加熱温度（５０
０℃以上）において、繊維の実質的にすべてはフィラメ
ントのスキンを貫通する割れを有するであろう。加熱が
増加するにつれて、生成物の繊維の密度は約３００℃の
加熱温度における約１．３ｇ／ｃｃから５５０℃におけ
る約１．４８ｇ／ｃｃに増加する。

【００２１】パラ−アラミドは本発明の繊維における主
なポリマーであり、そしてＰＰＤ−Ｔは好ましいパラ−
アラミドである。ＰＰＤ−Ｔとはｐ−フェニレンジアミ
ンおよびテレフタロイルクロライドとのモル対モルの重
合から生ずるホモポリマーおよび、また、ｐ−フェニレ
ンジアミンとともに少量の他のジアミンおよびテレフタ
ロイルクロライドとともに少量の他の二酸塩化物の混入
から生ずるコポリマーを意味する。概して、他のジアミ
ンおよび他の二酸塩化物をｐ−フェニレンジアミンまた
はテレフタロイルクロライドの約１０モル％程度に多く
までの量で使用することができるか、あるいは他のジア
ミンおよび二酸塩化物が重合反応を妨害する反応性基を
もたないかぎり、これよりわずかに多い量で使用するこ
とができる。ＰＰＤ−Ｔは、また、他の芳香族アミンお
よび他の芳香族二酸塩化物、例えば、２，６−ナフタロ
イルクロライドおよびクロロ−またはジクロロテレフタ
ロイルクロライドの混入から生ずるコポリマーを意味す
る；ただし、他の芳香族アミンおよび他の芳香族二酸塩
化物は異方性の紡糸ドープの調製を可能とする量で存在
することを条件とする。ＰＰＤ−Ｔの調製は米国特許第
３，８６９，４２９号、米国特許第４，３０８，３７４
号および米国特許第４，６９８，４１４号に記載されて
おり、そしてアラミド繊維の紡糸は米国特許第３，７６
７，７５６号に記載されている。

【００２２】固有粘度（ＩＶ）は、ここに報告すると
き、方程式ＩＶ＝ｌｎ（η_rel）／ｃにより決定され、
ここでｃはポリマー溶液の濃度（１００ｍｌの濃硫酸
（９６％のＨ₂ＳＯ₄）中の０．５ｇのポリマー）であ
り、そしてη_rel（相対粘度）はポリマー溶液および溶
媒の３０℃における毛管粘度計中の流れ時間の比であ
る。

【００２３】本発明の実施において有用な繊維を作るた
めのパラ−アラミドのドープのために適当な溶媒は、硫
酸、クロロ硫酸、フルオロ硫酸およびそれらの酸の混合
物を包含する。小さい比率のフッ化水素酸、トリフルオ
ロメタン硫酸、ｐ−クロロスルホン酸、または１，１，
２，２−テトラフルオロエタンスルホン酸も、また、存
在することができる。硫酸は少なくとも約９８％の濃度
を有するべきである。発煙硫酸を使用することができ
る。

【００２４】本発明に使用するための繊維の紡糸に使用
するドープは２％より少ない水を含有し、そしてポリマ
ーの劣化を最小とするためにその中に溶解したポリマー
は水の１％より少なくあるべきである。

【００２５】ドープの押出は少なくとも２．５、好まし
くは少なくとも３．０、より好ましくは少なくとも４．
０のＩＶを有するポリマーを含有する繊維を生ずること
が望ましい。

【００２６】ドープは、一般に、１００ｍｌの硫酸当た
り３０〜５０ｇ、好ましくは４４〜４６ｇのパラ−アラ
ミドポリマーを含有する。一般に、ドープのための押出
温度は７０℃〜１２０℃、好ましくは約７０℃である。
７０℃以下では、ドープは固化し、そして１２０℃以上
では、ポリマーの劣化が問題となる。

【００２７】紡糸口金は、一般に、０．０２５〜０．７
５ｍｍ（０．１〜３．０ｍｉｌ）の直径を有し、そして
１．０〜８．３の毛管の長さ／孔の直径（Ｌ／Ｄ）比を
有するであろう。

【００２８】紡糸口金の毛管を通過するドープのジェッ
ト速度は臨界的ではなく、そして一般に５．１ｍ／分
（１７ｆｔ／分）（ｆｐｍ））から３５０ｍ／分（１，
１５０ｆｐｍ）で変化するであろう。

【００２９】紡糸ストレッチファクター（ＳＳＦ）は、
フィラメントが凝固浴を去る速度／ジェット速度の比で
ある。１〜１４の紡糸ストレッチファクターを使用する
ことができる。ＳＳＦの下限は、フィラメントが均一な
デニールの繊維を形成する能力により制限される。ＳＳ
Ｆの上限はフィラメントの破断により制限される。一般
に、ＳＳＦを増加すると、生ずる繊維の強力が改良され
る。

【００３０】紡糸口金の面は凝固浴からガスまたは非凝
固液体、例えば、トルエン、ヘプタンなどの流体層によ
り分離されていることが必須である。液体層の厚さは
０．１〜１０ｃｍであることができ、好ましくは約０．
５〜２．０ｃｍである。

【００３１】一般に、フィラメントは凝固流体の浴の中
に位置する管の中に下方に押出される。通常管の底にロ
ーラーまたは押えピンが存在し、そのまわりをフィラメ
ントは通り、次いで凝固浴を上昇しそしてその中から外
に出る。

【００３２】純粋な水および７０％のＨ₂ＳＯ₄までの範
囲の凝固浴を使用して、満足すべき結果を得ることがで
きる。−２５℃から２８℃以上の、５０℃までの温度を
包含する、浴温度は満足に使用された。好ましくは、浴
温度は１０℃以下、なおより好ましくは５℃以下に保持
して、最高の強力の繊維を得る。

【００３３】凝固したフィラメントを洗浄して酸を除去
し、そして本質的に中性の、すなわち、酸または塩基を
含まない、フィラメントを達成することが重要である。
水単独または水とアルカリ性溶液との組み合わせをこの
目的に使用することができる。

【００３４】洗浄した決して乾燥していないフィラメン
トは、本発明の実施の出発点となる。

【００３５】用語「決して乾燥していない（ｎｅｖｅｒ
−ｄｒｉｅｄ）」は、新しく紡糸されそして、本発明の
方法の操作の前には、２０重量％より少ない湿分に決し
て乾燥されていないパラ−アラミド繊維を意味する。２
０重量％より少ない湿分を含有する前以て乾燥した繊維
をマイクロ波放射で熱処理することができるが、本発明
の方法において決して乾燥していない繊維を使用したと
きほど、密度の減少は大きくなくそして強力及びモジュ
ラスは低い。少ない湿気をもつ前以て乾燥した繊維はこ
の方法により首尾よくテンションロールすることができ
ないと信じられる。なぜなら、クラックの発生および引
き続く繊維の密度の減少に必要な圧力を生成するため
に、繊維に対して内部の液体から蒸気への水の転移が要
求されるからである。一般に、決して乾燥していない繊
維は乾燥ポリマーの１ｇ当たり０．２〜２．０ｇの内部
の水を含有する。

【００３６】決して乾燥していない繊維は好ましくは機
械的脱水装置、例えば、複数のピンを通して、繊維上に
存在する表面水を除去する。これは繊維が含有する合計
の水をより均一にし、第１のマイクロ波共鳴キャビティ
アプリケーター中の加熱をより均一にする。

【００３７】第１のマイクロ波共鳴キャビティアプリケ
ーターに入る温度は一般に約２０℃であるが、約１０℃
〜４０℃の温度を満足に容易に使用することができる。

【００３８】マイクロ波共鳴キャビティアプリケーター
は、一般に、１００〜１０，０００ＭＨｚの周波数に同
調する。政府の規則および現在のマグネトロン電力源の
入手可能性から、周波数は通常９１５または２４５０Ｍ
Ｈｚである。

【００３９】先行技術のＰＰＤ−Ｔ繊維は約１．４４〜
１．４８ｇ／ｃｃの密度を有する。本発明の方法による
と、約１．３ｇ／ｃｃ〜約１．４８ｇ／ｃｃの範囲にわ
たる密度を有する、高いモジュラスのＰＰＤ−Ｔ繊維を
作ることができ、所定のモジュラスにおける強力は他の
加熱処理方法から生ずるものに等しいか、あるいはそれ
より大きい。

【００４０】１．４４ｇ／ｃｃより小さい密度および８
００ｇｐｄより大きいモジュラスを有する繊維を作るた
めに、繊維を１または２以上のマイクロ波アプリケータ
ー中で２５０℃〜４２５℃、好ましくは２７０℃〜３１
０℃に０．０５〜０．５秒間加熱する。繊維をマイクロ
波アプリケーター中で０．２〜１０ｇｐｄ、好ましくは
２〜６ｇｐｄ張力下に保持する。最大の密度の減少のた
めに、繊維の加熱速度は少なくとも１０００℃／秒でな
くてはならなず、そして５５００℃／秒程度に高くある
ことができる。

【００４１】より高いモジュラスおよびより高い密度の
繊維を作るために、少なくとも２つのマイクロ波共鳴キ
ャビティアプリケーターを存在させ、最後のアプリケー
ターにおいてより高い周波数を使用し、こうして繊維の
温度を最高のモジュラスおよび密度のために増加して５
５０℃に到達されることができる。一般に、第２のアプ
リケーターは第１のアプリケーターから約１／３ｍ下流
に第１のアプリケーターと直列に位置させ、そして繊維
を１つのアプリケーターから次のアプリケーターへ直接
運ぶ。

【００４２】最高の温度に到達するために、２つのアプ
リケーターへの加熱負荷に注意して均衡させることが必
要である。糸を加熱するためのマイクロ波エネルギーに
ついての第２のヒーターに入る糸の中に十分な湿気が存
在しなくてはならなず、そうでなければ所望の温度に到
達しないであろう。逆に、糸の中に過剰の湿気が存在す
る場合、第２のユニットの中の場の強さは所望の温度へ
の到達に十分ではないであろう。動く糸の湿気、生成物
および装置の変動の測定は困難であるために、この均衡
は、前以て湿気および温度を特定するよりむしろ実施す
る間に調節することによって、最もよく達成される。し
かしながら、今日までの経験から、約３００℃の第１の
アプリケーターを出る糸の温度が適切である。

【００４３】試験方法試験される糸の中に含まれる湿気の量は、乾燥前後の既
知の長さの糸を秤量することによって決定する。デニー
ルは、乾燥した糸の９，０００ｍの重量（ｇ）として定
義される。

【００４４】強力は、破断応力／試験繊維のデニールと
して報告される。モジュラスは、応力−歪み曲線が歪み
の軸に対して平行な線と交差する点の間で引いた線の勾
配として報告し、これは強力と同一単位に変換された、
破断への全負荷の１１〜１７％を表す。伸びは破断点の
長さの増加％である。強力およびモジュラスの両者をま
ず計算（ｇｐｄ単位）し、これに０．８８３８を掛ける
と、ｄＮ／ｔｅｓ単位が生ずる。各報告された測定値は
１０回の破断の平均である。

【００４５】糸のための引張り性質は、試験条件下に最
小１４時間おいた後、２４℃および５５％の相対湿度に
おいて測定する。試験前に、各を１．１の撚りのマルチ
プライアーに撚る（例えば、公称１５００デニールの糸
を約０．８回／ｃｍに撚る）。各撚った標本は２５．４
ｃｍの試験長さを有し、そして典型的な記録する圧力／
張力装置を使用して５０％／分（もとの非伸長長さに基
づいて）伸長させる。

【００４６】糸についての撚りのマルチプライヤー（Ｔ
Ｍ）は、次のように定義される：ＴＭ＝（ｔｐｉ）（デニール）^-1/2／（７３）＝（ｔｐｃ）（ｄｔｅｘ）^-1/2／（３０．３）ここでｔｐｉ＝回／インチｔｐｃ＝回／ｃｍ密度繊維の密度は、ＡＳＴＭＤ１５０５−８５に記載され
ている密度−勾配手順を使用して決定する。本発明の密
度の限界は、密度−勾配カラム中で四塩化炭素およびト
ルエンを使用して試験することができる。糸の試験標本
は、試料の糸の中にゆるい結び目を形成し、そして糸を
結び目の各側で切断することによって作る。結び目の標
本を１０５℃で１５分間予備調整し、そして糸の標本が
密度−勾配カラム中で平衡のレベルに到達した後、糸の
密度をグラフで決定する。

【００４７】第１のマイクロ波共鳴キャビティアプリケ
ーターを出る繊維を１対のテンションロールのまわりに
供給し、次いで第２のヒーターを通過させることができ
る。最初のマイクロ波アプリケーターを通過するとき、
繊維に加えられる張力と異なる張力を第２のヒーターに
おいて繊維に加えようとする場合、第２の対のテンショ
ンロールを使用することができる。両者のヒーターにお
いて繊維に加えられる張力が同一である場合、第１のア
プリケーターを出る繊維の温度を変更するためにこれら
のテンションロール（４１、４２、図２）を存在させる
のでなければ、これらのテンションロールは排除するこ
とができる。

【００４８】本発明の方法を使用して、１．４４〜１．
４８ｇ／ｃｃの通常の密度または１．４４ｇ／ｃｃより
低いより低い密度で、高い強力を示す、高いモジュラス
のパラ−アラミド繊維を生成することができ、そしてこ
の方法を使用して、加熱速度および最後の繊維の温度を
コントロールすることによって、なおより高いモジュラ
スおよび高い密度の繊維を生成することができる。

【００４９】約１１００ｇ／デニールより小さいモジュ
ラスを有するパラ−アラミド繊維について、単一の高い
周波数のマイクロ波共鳴キャビティアプリケーターは繊
維を約４００℃までに加熱するために十分であろう。し
かしながら、２つのマイクロ波共鳴キャビティは、加熱
負荷がそれを要求する場合、使用することができる。加
熱速度が約１０００℃／秒以下である場合、繊維の密度
は減少しないであろう。低い密度の繊維について、加熱
速度は１０００℃／秒を越えなくてはならず、そして最
大の繊維の温度は２５０℃〜４２５℃、好ましくは２７
０℃〜３１０℃でなくてはならない。

【００５０】繊維が、こうして、急速に加熱されると
き、繊維は、内部の縦方向の孔またはクラックの発生の
ために、密度を減少するであろう。これらの繊維の表面
は無傷であり、そしてクラックにより破壊されない。し
かしながら、約３１０℃以上、とくに４２５℃以上の繊
維の温度において、これらのクラックは表面に到達する
傾向があり、その結果見掛けの繊維の密度は１．４２ｇ
／ｃｃ以上に増加する。

【００５１】１１００ｇ／デニールより大きいモジュラ
スをもつ繊維について、単一のマイクロ波共鳴キャビテ
ィおよび実際の工業的周波数を使用して容易に得ること
ができるより高い温度を必要とする。これらのより高い
温度は繊維を直列の２またはそれ以上の共鳴キャビティ
に通過させることによって到達させることができる。適
切なコントロールで、５５０℃の温度に、これにより、
到達させて、１２００ｇ／デニールまでのモジュラスお
よび約１．５０ｇ／ｃｃまでの密度を有する繊維を生成
することができる。

【００５２】５５０℃またはそれ以上の繊維の温度を得
る別の方法は、１または２以上の共鳴キャビティに繊維
を通過させ、次いで対流または放射のヒーターを通過さ
せることである。

【００５３】高いモジュラスおよび密度に加えて、５５
０℃に加熱されたこれらの繊維は非常に低い湿気を有
し、この湿気はエラストマーと反対に熱可塑性または熱
硬化性樹脂を使用して作られた強化複合体における使用
に望ましい。

【００５４】最終のヒーターを出た後、繊維は好ましく
は水でスプレーして温度および静電荷を減少する。スプ
レーは、必要に応じて、フィラメントのための仕上げ組
成物を含有することができる。次いで、繊維を最後の対
のテンションロールのまわりに供給し、そして最後にロ
ールまたは他の適当な手段の上に巻き取る。

【００５５】

【実施例】すべての実施例において使用した糸はポリ
（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）であった。

【００５６】実施例１ほぼ０．８５ｇの水／ｇの乾燥糸を含有する決して乾燥
していない糸のボビンを、３６６ｍ／分（４００ヤード
／分（ｙｐｍ））で、図１および３に描写するオフライ
ンの加熱装置に供給した。マイクロ波エネルギーは、３
０ｋＷの９１５ＭＨｚのマグネトロンにより、水ジャケ
ットを有しそして７５℃〜８０℃に維持した、幅０．４
３ｍ（１７インチ）×公称深さ０．１８ｍ（７インチ）
×長さ０．８９ｍ（３５インチ）のＴＭ１１０モードの
長方形のマイクロ波共鳴キャビティアプリケーターによ
り供給した。誘波管を小さい流れの４００℃の空気でパ
ージして湿気の蓄積を防止した。５．０８ｃｍ（２イン
チ）の長方形絞りを、手探り法により決定して、このシ
ステムを所望の範囲に共鳴させた。キャビティを通して
糸を走行させて、電力を３．５ｋＷに調節し、そして上
の区画を上下させて、共鳴周波数の同調を３００℃の出
口糸温度に到達させた。糸に加えたテンションは２ｇｐ
ｄであった。この時点において、試料を集め、次いで試
験して、次の結果を得た：デニール、３７０；強力、２
４．５８ｇｐｄ；伸び、２．５６％；初期モジュラス、
８７０ｇｐｄ；および密度、１．３６３ｇ／ｃｃ。公称
加熱速度は、アプリケーター中の滞留時間に基づいて２
０００℃／秒であった。しかしながら、水が除去される
とき、加熱速度が低下するので、瞬間加熱速度は加熱サ
イクルの早期において非常に速くすることができる。

【００５７】実施例２実施例１に記載する装置に類似する装置（キャビティは
幅０．４３ｍ（１７インチ）×公称深さ０．１８ｍ（７
インチ）×長さ０．６３ｍ（２５インチ）であった）を
使用して、ＴＭ１１０モードで作動するとき、アプリケ
ーターの設計は多数本を幅７．６２ｃｍ（３インチ）に
わたって均一に加熱することができることを実証した。
４本の公称１１４０デニールの決して乾燥しない糸は約
４ｇｐｄの張力下に３６６ｍ／分（４００ｙｐｍ）で供
給し、そして糸の出口温度を目標（２５０℃〜２９０
℃）に調節した。各糸の温度は赤外線の計器で決定し
た。糸がアプリケーターの中央において７．６２ｃｍ
（３インチ）にわたって間隔を置いて配置した場合に関
係無く、温度の差は検出することができなかった。

【００５８】比較例Ａホットロール上で約０．０６ｇ／ｇの乾燥糸の湿気レベ
ルに乾燥された１００デニールの糸を、９１５ＭＨｚの
アプリケーターが長さ０．６３５ｃｍ（２５インチ）で
ある以外、実施例１に記載するものに類似する共鳴キャ
ビティ加熱システムに供給した。糸の速度は１８３ｍ／
分（２００ｙｐｍ）であり、そしてテンションは３．５
ｇｐｄであった。糸を４００℃に加熱した（全体の加熱
速度＝１９２０℃／秒）。試料を集め、次いで試験し
て、次の結果を得た：デニール、９１７；強力、１８．
７５ｇｐｄ；伸び、２．２８％；モジュラス、７４１ｇ
ｐｄ；および密度、１．４３２ｇ／ｃｃ。

【００５９】こうして、密度は最終糸温度に基づいて期
待される値であったが、強力およびモジュラスは決して
乾燥していない糸の同様なテンションロールと比較して
低下した。

【００６０】実施例３米国特許第３，５５７，３３４号に記載されているもの
に類似するＴＭ１１０モードの長さ０．５６ｍ（２２イ
ンチ）の円形の断面のマイクロ波共鳴キャビティアプリ
ケーターを有する２４５０ＭＨｚの誘電加熱システム
で、ホットロールを置換することによって、ポリ（ｐ−
フェニレンテレフタルアミド）糸のマイクロ波加熱処理
を紡糸と直接連結した。熱水をジャケットの中に循環さ
せて、アプリケーターの壁上に水が凝縮するのを防止し
た。約１ｇの湿気／ｇの乾燥糸を含有する公称３８０デ
ニール（乾燥糸基準）の「決して乾燥していない」糸
を、キャビティ共鳴周波数の同調を調節することによっ
て、約３．８ｇｐｄの張力下に約２９０℃に加熱した。
アプリケーター中の暴露時間は０．０８秒であった。全
体の加熱速度は３６２５℃／秒であった。デニール、３
８１；強力、２１．８５ｇｐｄ；伸び、２．０５％；モ
ジュラス、９７９ｇｐｄ；および密度、１．４２０ｇ／
ｃｃ。

【００６１】別の試験において、垂直に取り付けたユニ
ットを使用し、壁を加熱せずかつ空気または窒素のパー
ジを使用しないでさえ、凝縮物はアプリケーターのリッ
プから無害に排出されるすることが発見された。ここで
排出物が糸と接触せずそして誘波管または絞りの中に入
らない手段を取った。

【００６２】実施例４図２に描写するように、第２マイクロ波共鳴キャビティ
アプリケーターを使用した。第１のマイクロ波共鳴キャ
ビティアプリケーターは実施例２に記載されているもの
と同一であった（９１５ＭＨｚ、ＴＭ１１０モード、５
０ｋＷ）が、電力を調節して下表Ａに報告した出口糸温
度を得た。第２のマイクロ波共鳴キャビティアプリケー
ターは、実施例２に記載するものに類似したが、０．２
５４ｍ（１０インチ）の長さを有した。各実験におい
て、糸は１ｇの水／ｇの乾燥糸を含有する１１４０デニ
ール（乾燥基準）であった。第２のマイクロ波アプリケ
ーターへの電力およびキャビティの間隔を調節して、下
表１に報告した糸の出口温度を得た。マイクロ波アプリ
ケーターを通る糸は各実験において３６６ｍ／分（４０
０ｙｐｍ）であった。この速度において、第１のマイク
ロ波アプリケーター中の糸の滞留時間は０．１０４秒で
あり、そして第２の誘電アプリケーターにおいて０．０
４２秒であった。生成した糸の性質を表２に記載する。

【００６３】

【表１】

【００６４】

【表２】

【００６５】実施例５実施例４のものと同一の２つのマイクロ波共鳴キャビテ
ィアプリケーターを使用した。アプリケーターは約１／
３ｍ（１フィート）の間隔で離れて位置し、そして、下
に示すように、調節して、非常に高いモジュラス、高い
密度、１１４０デニールの１ｇの水／ｇの乾燥糸を含有
する決して乾燥していない糸を生成した。アプリケータ
ーを通る糸の速度は４．４ｇ／デニールの張力下に１８
３ｍ／分（２００ｙｐｍ）であった。両者のアプリケー
ターは水蒸気でパージし、そしてアプリケーターの壁上
で熱を維持することによって、凝縮を回避した。糸の温
度は第１のアプリケーターを出るとき２９０℃であり、
そして第２のアプリケーターを出るとき５００℃であっ
た。糸の強力は２１．１９ｇｐｄであり、伸びは１．６
５％ｃであり、そしてモジュラスは１１９１ｇｐｄであ
った。繊維の密度は１．４７ｇ／ｃｃを越えた。固有粘
度は５．５９であった。

【００６６】実施例６誘電加熱ユニットおよび対流／放射高いユニットの組み
合わせを使用して、高いモジュラス、高い密度の、３８
０デニールの糸を製造した。１ｇの水／ｇの乾燥糸を含
有する決して乾燥していない糸を実施例３のマイクロ波
アプリケーターを通して供給し、次いで１セットの図２
に描写するようなマイクロ波アプリケーターおよび糸の
移動方向に対して反対方向に５９４℃の水蒸気を循環さ
せた、長さ３．７ｍ（１２フィート）、直径１５ｍｍ
（６インチ）の対流／放射ヒーターに通過させた。糸の
速度は１８３ｍ／分であった。糸のテンションはマイク
ロ波共鳴キャビティアプリケーターにおいて６．３ｇｐ
ｄであり、そして対流／放射ヒーターにおいて２．２ｇ
ｐｄであった。マイクロ波ユニットを出る糸の温度は３
００℃であった。中間のテンションロールを加熱して、
炉に入る前の糸の熱損失を防止した。糸の強力は１９．
６５ｇｐｄであり、伸びは１．４８％であり、そしてモ
ジュラスは１１４７ｇｐｄであった。密度は１．４７ｇ
／ｃｃであった。固有粘度は７．３５であった。

【００６７】本発明の主な特徴および態様は、次の通り
である。

【００６８】１、乾燥フィラメントの１ｇ当たり０．２
〜２．０ｇの水を含有する決して乾燥していないパラ−
アラミド繊維を、１００〜１００００ＭＨｚの周波数で
作動する少なくとも１つのマイクロ波共鳴キャビティア
プリケーターに供給して、２００℃〜５５０℃の温度に
０．０５〜０．５秒間加熱し、その間パラ−アラミド繊
維を少なくとも０．２ｇｐｄの張力下にして少なくとも
８００ｇｐｄのモジュラスを有する繊維を得ることを特
徴とする方法。

【００６９】２、繊維を少なくとも１０００℃／秒の速
度で加熱する、上記第１項記載の方法。

【００７０】３、マイクロ波の加熱を単一のマイクロ波
共鳴キャビティアプリケーターを使用して実施する、上
記第１項記載の方法。

【００７１】４、繊維をポリ（ｐ−フェニレンテレフタ
ルアミド）から形成する、上記第１項記載の方法。

【００７２】５、パラ−アラミド繊維を脱水ピンのまわ
りに通過させた後、マイクロ波共鳴キャビティアプリケ
ーターに供給する、上記第１項記載の方法。

【００７３】６、パラ−アラミド繊維をマイクロ波共鳴
キャビティアプリケーターを出るとき温和な水スプレー
でスプレーする、上記第１項記載の方法。

【００７４】７、繊維を２７０℃〜３１０℃に少なくと
も１０００℃／秒の速度で加熱する、上記第１項記載の
方法。

【００７５】８、パラ−アラミドはポリ（ｐ−フェニレ
ンテレフタルアミド）であり、そして繊維は１．４３ｇ
／ｃｃ未満の密度を有する、上記第７項記載の方法。

【００７６】９、繊維を２つの系統的に配置されたマイ
クロ波共鳴キャビティアプリケーターで少なくとも４２
５℃の温度に加熱する、上記第１項記載の方法。

【００７７】１０、繊維をマイクロ波共鳴キャビティア
プリケーターで加熱し、次いで放射／対流ヒーターで少
なくとも４２５℃の温度に加熱する、上記第１項記載の
方法。

【００７８】１１、繊維をポリ（ｐ−フェニレンテレフ
タルアミド）から形成する、上記第９項記載の方法。

【００７９】１２、繊維をポリ（ｐ−フェニレンテレフ
タルアミド）から形成する、上記第１０項記載の方法。

【００８０】１３、パラ−アラミド繊維を第２のマイク
ロ波共鳴キャビティアプリケーターを出るとき温和な水
スプレーでスプレーする、上記第１１項記載の方法。

【００８１】１４、パラ−アラミド繊維を放射／対流ヒ
ーターを出るとき温和な水スプレーでスプレーする、上
記第１２項記載の方法。

【００８２】１５、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルア
ミド）から本質的に成りそして縦軸および直径を有し、
ここでフィラメントは縦軸と実質的に平行な内部のクラ
ックを含有し、そして各クラックは一般にフィラメント
の直径の少なくとも１０倍の長さを有し、ここでクラッ
クは（ｉ）フィラメントの表面を突破しておらず、そし
て（ｉｉ）１．３６〜１．４３ｇ／ｃｃの密度のフィラ
メントを生ずる内部のボイドを形成しているフィラメン
ト。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の単一工程の加熱方法の略線図で
ある。

【図２】図２は本発明の２工程の加熱方法の略線図であ
る。

【図３】図３は本発明の第１工程において使用するマイ
クロ波の共鳴キャビティアプリケーターの概略的描写で
ある。

【図４】図４は本発明の繊維の対角線の断面図である。１１決して乾燥しない糸１２供給ロール１３回転ガイド１４回転ガイド１５回転ガイド１６脱水装置１７テンションロール１８テンションロール１９マイクロ波の共鳴キャビティアプリケーター２０温度計２１温和な水スプレー２２テンションロール２３テンションロール２４テンションコントロールドワインダー３１決して乾燥しない糸３２供給ロール３３回転ガイド３４回転ガイド３５回転ガイド３６脱水装置３７テンションロール３８テンションロール３９マイクロ波の共鳴キャビティアプリケーター４０温度計４１テンションロール４２テンションロール４３ヒーター４４温度計４５温和な水スプレー４６テンションロール４７テンションロール４８テンションコントロールドワインダー６０長方形のマイクロ波の共鳴キャビティアプリケー
ター６１上の区画６２下の区画６３誘波管６４交換可能な絞り６５連続の列、フェライトの列６６連続の列、フェライトの列６７プローブ６８任意のプローブ６９マグネトロン７０誘波管７１サーキュレーター７２誘波管７３水の負荷７４熱交換器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図４】図４は本発明の繊維の形状を示す写真である。
該写真は繊維の対角線における断面を示すものである。

【符号の説明】１１決して乾燥しない糸１２供給ロール１３回転ガイド１４回転ガイド１５回転ガイド１６脱水装置１７テンションロール１８テンションロール１９マイクロ波の共鳴キャビティアプリケーター２０温度計２１温和な水スプレー２２テンションロール２３テンションロール２４テンションコントロールドワインダー３１決して乾燥しない糸３２供給ロール３３回転ガイド３４回転ガイド３５回転ガイド３６脱水装置３７テンションロール３８テンションロール３９マイクロ波の共鳴キャビティアプリケーター４０温度計４１テンションロール４２テンションロール４３ヒーター４４温度計４５温和な水スプレー４６テンションロール４７テンションロール４８テンションコントロールドワインダー６０長方形のマイクロ波の共鳴キャビティアプリケー
ター６１上の区画６２下の区画６３誘波管６４交換可能な絞り６５連続の列、フェライトの列６６連続の列、フェライトの列６７プローブ６８任意のプローブ６９マグネトロン７０誘波管７１サーキュレーター７２誘波管７３水の負荷７４熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フア−フエング・フアングアメリカ合衆国ペンシルベニア州19317チヤツズフオード・ロングウツドドライブ 306

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】乾燥フィラメントの１ｇ当たり０．２〜
２．０ｇの水を含有する決して乾燥していないパラ−ア
ラミド繊維を、１００〜１００００ＭＨｚの周波数で作
動する少なくとも１つのマイクロ波共鳴キャビティアプ
リケーターに供給して、２００℃〜５５０℃の温度に
０．０５〜０．５秒間加熱し、その間パラ−アラミド繊
維を少なくとも０．２ｇｐｄの張力下にして少なくとも
８００ｇｐｄのモジュラスを有する繊維を得ることを特
徴とする方法。
【請求項２】パラ−アラミド繊維を脱水ピンのまわり
に通過させた後、マイクロ波共鳴キャビティアプリケー
ターに供給する請求項１の方法。
【請求項３】パラ−アラミド繊維をマイクロ波共鳴キ
ャビティアプリケーターを出るとき温和な水スプレーで
スプレーする請求項１の方法。
【請求項４】ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミ
ド）から本質的に成りそして縦軸および直径を有し、こ
こでフィラメントは縦軸と実質的に平行な内部のクラッ
クを含有し、そして各クラックは一般にフィラメントの
直径の少なくとも１０倍の長さを有し、ここでクラック
は（ｉ）フィラメントの表面を突破しておらず、そして
（ｉｉ）１．３６〜１．４３ｇ／ｃｃの密度のフィラメ
ントを生ずる内部ボイドを形成しているフィラメント。