JPS5914568B2 - 異方性ド−プ - Google Patents

異方性ド−プ

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JPS5914568B2
JPS5914568B2 JP50045402A JP4540275A JPS5914568B2 JP S5914568 B2 JPS5914568 B2 JP S5914568B2 JP 50045402 A JP50045402 A JP 50045402A JP 4540275 A JP4540275 A JP 4540275A JP S5914568 B2 JPS5914568 B2 JP S5914568B2
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polymer
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yarn
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/26Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/32Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids from aromatic diamines and aromatic dicarboxylic acids with both amino and carboxylic groups aromatically bound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/58Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
    • D01F6/60Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyamides
    • D01F6/605Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products from polyamides from aromatic polyamides

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規なポリアミド光学的異方性ドープに関し更
に詳細には紡糸によって新規な構造及びすぐれた性質を
有するポリアミド繊維又はフィルムを与えるポリアミド
光学的異方性ドープに関する。
米国特許第3,414,645号は、すべて芳香族のポ
リアミドの溶液を、気体媒体を施して凝固浴中に押し出
し、次いで洗浄液中で延伸し、洗浄し乾燥し且つ熱延伸
してフィラメントを製造するという乾燥紡糸口金式紡糸
法(dry 5pinneret wetspinni
ng process)について記載している。
独国公開公報1,810,426号(Offenleg
un−gsscnrift )は、湿式紡糸法において
炭素環式芳香族ポリアミドのある種の光学的異方性ドー
プを使用することにより、紡糸したまま(as−spu
n )で、即ち延伸又は熱処理を行なわないで、良好な
強度を有する繊維を製造する方法を、教示している。
張力をかけで行なう高温の熱処理は、強度を高い値まで
増加せしめる。
しかし、これらの熱処理は、多くの用途に対するある種
の繊維の性質に悪影響を与えるということが発見された
即ち加熱は、結晶性を増加せしめ、且つ一般に繊維の強
靭性(toughness )及び切断伸度を減少させ
る。
従って繊維は加熱により脆くなり、タイヤコードの如き
用途に対する価値が減少する。
本発明は、従来法による同一重合体の繊維及びフィルム
と比較した場合、紡糸したままでも異例に高い強力(t
enacity )と特異な構造を有するポリアミドの
繊維及びフィルムを与える新規なポリアミド光学的異方
性ドープを提供するものである。
即ち、本発明は、固有粘度が少くとも4.0のポIJ
(p−フェニレンテレフタルアミド)重合体の光学的に
異方性のドープであって、該光学的異方性のドープは濃
度が少くとも98%の硫酸100rnlF3り該重合体
が少くとも40gの濃度を有し、少くとも約63℃の融
点を有する室温で固体物質であって、且つ該固体物質の
融点以上の温度において均一な光学的に異方性の液状ド
ープを形成することを特徴とするギャップ紡糸法用の光
学的異方性ドープである。
以下に本発明をより詳細に説明する。
本発明のドープは、後で述べる紡糸法によって新規な構
造とすぐれた性能を有する下記の繊維又はフィルムを与
えることができるという点で特異的なものである。
即ち、本発明のドープを紡糸することにより、少くとも
2.5の固有粘度を有し、且つポ’J(p−フェニレン
テレフタルアミド)重合体からなるポリアミド繊維又は
フィルムであって、第一次の見かけの微結晶の大きさが
52人より小さい結晶領域、及び少くとも10のラテラ
ル微結晶オーダー値(LCO値)によって示される半径
方向の配向性を有することを特徴とする上記のポリアミ
ド繊維又はフィルムを得ることができる。
本発明のドープから得られる繊維又はフィルムのポリア
ミドは好適には少くとも3.0、更に好適には少くとも
4.0、一層好適には4.5の固有粘度を有する。
好適には本発明のドープから得られる繊維又はフィルム
は少くとも20のLCO値を有する。
本発明のドープから得られる繊維及びフィルムは、上記
の見かけの微結晶の大きさによって示される如き低又は
中程度の結晶化度において、高強靭性を与える所の適度
の伸度値と異常に高い強力値とをかね備えていることで
特徴づけられる。
本発明のドープから得られる繊維及びフィルムは、少く
とも3.5%、好適には4.5係のフィラメント及びフ
ィルム伸度を有する。
本発明のドープから得られるフィラメントの強力は18
〜32g/デニル(gpdと略記する)又はそれ以上、
伸度は3.5〜7チ又はそれ以上、強靭性値は0.45
〜1.5gpd又はそれ以上、及びモジュラス値は30
0〜soogpd又はそれ以上の範囲である。
少くとも400のモジュラスを有する繊維は好適である
更に繊維は約30°〜12°の配向角を有する。
本発明のドープから、上述した如き新規な構造及びすぐ
れた性能の繊維又はフィルムを製造するための方法は、
本発明の異方性ドープをオリフィスを通して不活性な非
凝固性流体層中に、次いで該ドープに対する凝固浴中に
押し出すことからなるポリアミド繊維又はフィルムの製
造する方法である。
この方法において、ドープ中のポリアミドの固有粘度が
、2.8−0.05 X (C−30)以上であること
が好ましい(但し、Cはg/100TLl硫酸で表わし
た、ドープ中ポリアミドの濃度である)。
またドープは40〜120°Cで押出すことが好ましい
ポリアミドの濃度は40〜56g/100d硫酸である
ことが好ましい。
ドープは70〜90℃で押出すことが最も好適である。
本発明のドープから繊維を製造する好適な方法を実施す
るための装置の一態様が第1図において概略図として示
されている。
第1図において、紡糸ブロック52を通る移送導管51
、紡紙口金オリフィス53、及び気体層55を通して、
紡糸ドープを紡糸管60中の凝固液56中にポンプで送
入し、次いで紡糸管60を通してフィラメント54を誘
導する。
続いて強力の犬な紡糸したままのマルチフィラメント束
65をガイド57下に通過させ、回転しているボビン5
9に捲き取る。
凝固液56は、容器61から紡糸管60を通って流れ、
容器62に流下し、そこからポンプ63及び管64によ
って容器61に返送される。
ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)重合体は少く
とも98係の硫酸と混合した場合光学的異方性又は液体
結晶性相を形成するという特徴を有する。
このことは、後に詳細に説明する。本発明のドープから
得られる繊維及びフィルムには、普通の添加剤、例えば
染料、増量剤、除光沢剤、紫外線安定化剤、抗酸化剤な
どを混入してもよい。
本発明のドープに用いるための重合体は、通常クウオレ
ク(Kwo l ek )らの米国特許第3.063,
966号に教示されている如き低温重合法に従いアミド
型溶媒の存在下に適当な単量体を反応させることによっ
て製造することができる。
高分子量の重合体を製造するためには、単量体及び溶媒
の不純物の含有量を最小にすべきであり、且つ全反応混
合物の水分含有量が0.03重量係以下であるべきであ
る。
ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド)重合体(以後
、PPD−Tと略記することがある)は、p−フェニレ
ンジアミン1728部をヘキサメチルホスホルアミド1
5,200部及びN−メチルピロリドン30,400部
の混合物に溶解せしめ、窒素雰囲気下tこ保っである重
合釜中で15℃に冷却し、次いで迅速に撹拌しながら粉
末テレフタロイルクロリド3243部を添加することに
よって製造するのが好都合である。
溶液は、3〜4分内(こゲル化し且つ乾燥した籾屑状の
物質に変わる。
可能な場合には、生成物の温度を約25°Cに保つため
に冷却しながら、1.5時間撹拌を続ける。
重合反応は実質的に定量的であり、最終反応混合物は固
有粘度(以下1.V、と略記する)約5.5の重合体7
.5係を含有する。
この系からの重合体の1、V、は、単量体と溶媒との比
によって調節することができる。
単量体量を上記の9.83%から8.64係まで減少さ
せると、1.V、が6.0の重合体6.5係を含有する
反応混合物が得られる。
単量体を約11.7係使用すると、1.V、が2.5の
重合体9.0係を含有する反応混合物が生成する。
次いでワーリング混合機又はコロイドミル中において籾
屑状酸性生成物を水と共に激しく撹拌し又は粉砕し、得
られた重合体スラリーを濾過する。
更に湿った重合体を軟水で再スラリー化して洗浄し、溶
媒及びHCIを除去し、濾過液上に捕集する。
このスラリー化及び濾過は、連続的に約4回繰返し、次
いで最終的に蒸留水で洗浄する。
中和を助長するために、軟水洗浄の1回は炭酸ナトリウ
ム又は水酸化ナトリウムを含有していてもよい。
次いで重合体を120〜140°Cで乾燥する。
重合反応は、単量体の連続的混合によって行なうことも
できる。
本発明のドープの溶媒は、少くとも981%の濃度の硫
酸である。
硫酸は100係以上の濃度のもの、即ち発煙硫酸であっ
てよい。
しかし約99.8係の濃度の硫酸が好適である。
それ以上の濃度も使用しうるが、過剰の三酸化硫黄の存
在は、重合体を劣化して固有粘度の減少を引き起こしが
ちである。
これは、フィラメントの強力(tenac i ty
)の低下を引き起こす。
この劣化は時間及び温度に依存するから、発煙硫酸を用
いる場合、高温にさらす時間を最小に保つべきである。
この適当な溶媒の定義は、ある種の添加剤の存在を排除
することを意図していない。
即ち、弗化水素酸、ハロゲン化アルキルスルホン酸、ハ
ロゲン化芳香族スルホン酸、ハロゲン化酢酸、ハロゲン
化低級アルキルアルコール、及びハロゲン化されたケト
ン又はアルデヒドを、溶媒及び添加剤の全重量の約30
係までの量で通常存在せしめることができる。
勿論、存在せしめうる添加剤の正確な量は、使用する特
定の溶媒−重合体の組合せに依存するであろう。
重合体の低濃度の場合が、より多量の添加剤の使用を可
能にする。
一般に、添加剤中に存在するハロゲンの係が太きければ
大きい程、使用しうる添加剤の量は増大し、相分離の限
界点近くまで使用できる。
トリフルオルメタンスルホン酸は、通常上記硫酸の重量
に等しい量で存在せしめうる。
更に、スルホン、塩素化フェノール及びニトロベンゼン
は、溶媒添加剤として上述のハロゲン化添加剤よりも少
ない量で使用することができる。
ドープの含水量は、2チより小さくなるように注意深く
調節すべきである。
過剰の水は、紡糸に適当なドープの生成を妨害し、且つ
重合体の過度の劣化にも導く。
比較的乾燥した重合体(好適には水分1係以下)を、大
気水蒸気に曝すのを最小にする条件下に“乾燥″溶媒と
混合し、ドープを乾燥雰囲気下に貯蔵すべきである。
ドープは、紡糸工程中は低1.V、値をもたらす重合体
の劣化を減少させるために、それを液体に保つのに必要
な限度において実際的な低温で混合及び保持を行なうべ
きである。
約90℃以上に曝すことは、最小にしなければならない
特に有用な方法は、ドープを連続的に製造し且つ紡糸口
金に直接供給し、かくして保持時間を最小にすることで
ある。
バッチ式方法を使用し且つドープを続く使用のために貯
蔵する場合には、これを好適には乾燥窒素雰囲下に、固
体の形態に凍結させてもよい。
このような固化ドープは、粒状又は粉末に破砕し、且つ
続いて紡糸口金に導くスクリュー溶融装置に供給するた
めに使用することができる。
本明細書におけるドープの濃度(以後Cと略記すること
がある)は、25°Cにおける溶媒100rIll当り
の重合体のy数として定義する。
ここに、゛溶媒゛という用語は、実際の硫酸及び存在す
るすべての溶媒−添加剤の和を意味する。
溶媒100Ttl当り少くとも30g、好適【こは40
gの重合体を用いるべきである。
溶媒が約98〜約too%の硫酸である場合、これは少
くとも14、好適には少くとも18重量係の重合体を含
有するドープに相当する。
本紡糸法に好適なドープは、酸100m1当り、少くと
も3.0のI 、V、を有するポリ(p−フェニレンテ
レツクルアミド)40〜56gを含有する。
これは、前述の酸ドープにおける重合体約18〜22重
量係に相当する。
本発明で使用する溶媒は高密度(H2So41.83)
を有することは、注目されてよいことである。
このような高密度の溶媒を使用すれば、ヘキサメチルホ
スホルアミド及びジメチルアセトアミド(密度的0.9
〜1.Og/TLl)の如きアルキルアミドを用いる場
合よりも、重合体の容積分率は遥かに高くなる。
高容積分率は、ドープ中における重合体の高濃度によっ
ても付与しうる。
本発明において、できる限り高濃度のドープを用いるこ
とが有用である。
一般に、製造される繊維の強力は、紡糸に使用するドー
プの濃度と共に増加することが発見された。
本発明のドープは、室温で固体であり、温度を上昇させ
た時紡糸しうる液体に溶融する。
しかし温度の上昇は1.V、の低下によって示されるよ
うな重合体の劣下を引き起こす。
ドープの押し出しでは、少くとも2.5の1.V。
を有する繊維を生成することが望ましい。
与えられたI 、V、の繊維は、適当な1.■、の重合
体を出発原料とし且つ劣化を最小に保てるように処理す
ることにより、又は高1.V、の重合体を出発原料とし
且つより過酷な劣化条件で処理することにより製造する
ことができる。
本発明の目的に対しては、紡糸したままの繊維における
重合体の1.V。
(過度な劣化を防ぐために適当な洗浄及び乾燥が行なわ
れるものと仮定する)は、押し出す時のドープ中の重合
体のI 、V、と見做される。
押し出す時のドープ中の重合体の1.V、は、少くとも
2.5であり、且つ少くとも2.8−0.05 (C−
30’)でなければならない。
但しCは前述した如く濃度を表わす。
本発明の紡糸ドープは、予想を越えた安定性を有する。
硫酸の゛酸性″は、硬い分子鎖のポリアミドが高濃度で
存在することにより、減ぜられるようである。
ドープを、硫酸(1oo%)中に4.88の1.V、の
PPI) −T重合体を46.21.8及び3.7 g
/ 1001111の濃度で添加することによって製造
した。
そしてこのドープを3時間100℃に加熱した。
この加熱された溶液から分離された重合体は、それぞれ
4.2 、2.8及び1.9の1.V。
を有した。
更に濃度の高いドープの酸性が減少せしめられていると
いう別の証拠は、46g/100m1のPPD−Tドー
プが70〜80℃においてアルミニウム金属と実質的に
反応しないのに対して、25g7100mlのドープは
激しく反応するという事実である。
紡糸に先立って液体ドープを減圧下に脱気することは、
ある場合に有利であることが発見された。
本発明の方法に使用するドープ即ち重合体−溶媒系は、
重合体溶融物と非常に類似した挙動を示す。
100係硫酸100m1当り、約4の1.V、のPPD
−T46gからなる典型的なドープは、105℃におい
て約900ポイズのバルク粘度(bulk visco
sity )を有するが、これは80°Cに冷却した時
約1O00ポイズに増大し、更に冷却すると粘度の値は
急激に増加し、約70°C以下でドープは遂に不透明な
固体に固化するに到る。
このバルク粘度は、与えられた濃度及び温度において、
固有粘度の増大と共に上昇する。
上述の液体ドープは、ドープが比較的透明になる温度(
即ち約135°C)以下の温度においては、濁った半透
明な液体である。
即ち、硫酸100 ml当り約49gのPPD−Tを含
有するドープは、混合物の非常に高いバルク粘度の故に
、通常の混合機、移送導管及び紡糸装置で処理しうる最
高の濃度を表わす。
温度を上昇させて粘度を低下せしめる通常の方法を用い
る場合には、重合体の過度の劣化が起こる。
混合機中の冷却をより有効にすると共に効果的な混合機
を使用する場合には、より高濃度を使用することができ
る。
これらの高濃度における粘度は、使用する重合体−溶媒
系の関数である。
一般に、ドープは、それが取り扱い得るのに十分な流動
性を示す最小温度から約120℃までの間の任意の温度
で押し出すことができる。
劣化の量は時間及び温度に依存するから、実際的な程度
の低温、好適には90℃以下の温度を使用すべきである
好適には、ドープを70〜90°Cで押し出す。
なんらかの理由でより高温を望む場合には、ドープを高
温に曝す時間を最小に保つよう(ど装置を設計すべきで
ある。
本発明の紡糸ドープは異例であり、室温(即ち25℃)
で固体である。
ドープは温度を上昇させると溶融し、粘性が減少し且つ
半透明ないし透明になる。
またドープは光学的に異方性であり、即ち与えられたド
ープの顕微鏡的領域は複屈折を示す。
ドープ試料は、ドープの顕微鏡的領域の光透過性が方向
と共に変化するから、平面偏光の偏りを解消する。
この特徴は、ドープの少くとも1部が液体結晶又は半結
晶状態(mesomorphic 5ta−te)で存
在していることと関連するものである。
これらのドープは緩和した状態にある間は異方性を示す
与えられた組成及び濃度を有する十分混合されたドープ
に対しては、溶融の起こる温度がかなり再現性を有し且
つ可逆的である。
この溶融の挙動は、示差熱分析によって示されるように
吸熱を伴なう。
固化したドープの溶融温度は、薄い試料及び90°で交
叉したアナライザーを通過する偏光の強度を温度の上昇
と共に測定することによっても決定することができる。
この場合、溶融温度は透過光強度が急速に増加する温度
である。
一般に、溶融温度は、濃度の増加につれて上昇する。
例えば、32,40.及び46g/酸100mAのPP
D−′r/硫酸ドープは、それぞれ40〜50℃、63
〜65℃及び72〜82℃の溶融温度を示す。
不完全に混合し且つ異なった濃度の相が分布しているド
ープは、巾広い溶融温度範囲を示すであろう。
溶融した異方性のドープの温度を上昇させると、それに
つれて異方性相の量が減少しはじめる温度に達する。
この温度(Taと略記する)は、ドープの薄い層を通過
した場合の小角度(例えば10)における偏光の散乱の
変化を測定することにより、決定することができる。
Taは重合体の濃度と共に増加する。
例えば、32,40.及び46g/1001rLl濃度
のPPD−T/H2SO4ドープに対するTa値は、そ
れぞれ約80〜100℃、82〜135℃及び110〜
122℃であることが見出された。
ドープは、これらの温度以上でも、非常に異方性であり
且つ本発明方法によって良好な結果を与える。
しかし最高の強力の繊維は、溶融温度以上で且つTa以
下の温度でドープを紡糸することによって製造すること
ができる。
本発明のドープから繊維又はフィルムを製造する方法に
おいて採用される押し出し条件は、次の節において、繊
維(こ対する紡糸条件に関して説明するが、そこで述べ
られる議論は、フィルムの押し出しにも同様に適用しう
ろことが理解されるべきである。
紡糸口金及びすべて他の装置部分は、使用する強度に抵
抗性を有する材料で作るべきである。
紡糸口金の孔(オリフィス)の直径、及び孔の細管長/
直径の比(L/D )はクリティカルではない。
強い繊維は、直径0.025〜0.25ei及びL/D
比1.0〜8.3を有する円形のオリフィスを用いた場
合に得られる。
本方法は、狭いスリット、例えば0.02 X O,0
5mm又は0.O2X25mm又は0.175X75m
mのスリットを含む種々の形をした非円形孔を用いても
操作しうる。
孔の間隔は、厳密でなく、構造材料により及び紡糸中に
製造される糸線(threadline )安定性によ
り決定されるであろう。
噴出速度(以下” J V”′と略記する。
JVは、単位時間当りにオリフィスを通過するドープの
体積とオリフィスの断面積から計算される所の紡糸口金
細管におけるドープの平均速度である)は、17フイ一
ト/分(フィート7分をfpmと略記することがある)
(5,1m/分)又はそれ以下から、1150fpm(
350m/分)又はそれ以上までの範囲であってよい。
与えられたオリフィス及びドープに対する最小値は、連
続的且つきれいに噴出するドープの能力によって決定さ
れる。
小さい直径のオリフィスは、大きい直径のそれよりもよ
り高い値の最小噴出速度を示すであろう。
本明細書において表示される、紡糸伸張因子(以上にS
SFと略記する)とは、凝固浴を離れる時の繊維の速度
対噴出速度(JV)の比である。
1.0又はそれ以下の低い値及び14又はそれ以上の高
い値の紡糸伸張因子を使用することができる。
特定の紡糸ドープ及びオリフィスに関して使用すること
のできる最小の紡糸伸張因子は、比較的均一なデニール
及び望ましい物理性のフィラメントを製造する能力によ
って決定される。
最大の使用可能な紡糸伸張因子は、操作中におけるフィ
ラメントの切断によって限定される。
一般に、与えられた噴出速度において、紡糸伸張因子を
低い値から増加させると、高強力と高モジュラス、及び
低伸度及び低デニルを有する繊維が得られる。
紡糸技術に熟練している技術者は、望ましいデニール及
び物理性の繊維を製造するために、与えられた紡糸ドー
プ及び装置に対して、オリフィスの直径、気体層の厚さ
、噴出速度及び紡糸伸張因子を容易に調節しうるであろ
う。
紡糸口金面は、気体又はトルエン、ヘプタンの如き非凝
固性液体の如き流体層によって凝固浴から分離されてい
ることが必須要件である。
この流体層の厚さは、0.1〜10crfL又はそれ以
上、好適には約0.5〜2cfrLで変化しうる。
但しより厚い流体層の使用は、相隣るフィラメントが互
いに融合する機会を増加させる。
第1図における紡糸管60の構造及びガイド57の特性
は、紡糸したままのヤーンにおける伸度及びモジュラス
に影響する。
同一の噴出速度及び捲き取り速度において、直線状の管
は、一般に下端を狭くした管よりも、高いヤーン伸度及
び低いモジュラスを与える。
同様に、ローラーガイドは、一般に停止ピンよりも高い
ヤーン伸度を与える。
適当な紡糸管の寸法は、紡糸速度及びヤーンのデニール
により変化するであろう。
繊維を凝固するために、種々の浴を使用することができ
る。
満足しうる結果は、水性及び非水性系の両者で得られた
有用な水性系は、純粋な水から、硫酸(70%)、水酸
化アンモニウム、又は塩化カルシウム、炭酸カリウムも
しくは塩化ナトリウムの如き塩を高濃度で含有する系ま
でのものである。
水と混和しうる有機溶媒、例えばメタノール、及びエチ
レングリコールの如きを含有する水性浴も有用である。
非水性凝固浴の例は、100%メタノール、及び5〜5
0係のメタノール、N 、 N’−ジメチルホルムアミ
ド又はN、N′−ジメチルアセトアミドを含有する塩化
メチレン溶液を含む。
浴の温度は、−25℃〜28℃の範囲にあることが好適
である。
広範囲の凝固剤を氷点下ないし50℃又はそれ以上の温
度で使用しうるが、好適には、フィラメントに最高の強
力を付与するために、浴の温度を10℃以下(最も好適
には5℃以下)に維持する。
ヤーン中に存在する少量の酸でさえも劣化効果を示すの
で、高強力の繊維を得るためには酸を完全に除去するこ
とが非常に重要である。
この除去にろ、水単独、又はアルカリ溶液と水との組合
せを使用することができる。
便宜的な洗浄法は、凝固浴を離れる糸線に水性アルカリ
溶液(例えば、飽和NaHCO3又は0.05N Na
OH)を噴霧し、拭取り装置(例えばスポンジ)により
糸線から表面液体を除去し、又は水(約75℃)で噴射
洗浄することにより、酸含量を約1%(乾燥繊維基準)
まで減じ且つボビンに捲取ることである。
そのようなボビンは、最終洗浄に先立って、短時間(約
24時間以下)水又は稀釈アルカリ溶液中に貯蔵するこ
とができる。
好適:こは、(例えば75℃の水を用いる)最終洗浄は
酸又は塩基含量をo、o1%(乾燥基準)以下に減ずべ
きである。
少量のヤーンはボビン上で洗浄且つ中和することができ
るが、またヤーンをトイ中、上部から噴霧しうるロール
上、篩上、ベルト上などにおいてヤーンをそのまま薄い
層にして洗浄することが好適である。
連続式方法においては、紡糸及び捲取り間のいずれかの
地点で糸線を、それと同一の速度で連続的に洗浄及び中
和することができる。
完全に洗浄した繊維は、150°Cまでの空気を用いる
ことにより、ボビン上で乾燥することができる。
更に繊維は幸便に加熱ロール(例えば160°C)上で
乾燥しうる。
好適な方法であるが、繊維を約0.3gpd以下の緊張
下に乾燥する場合、性質は重要な変化を受けない。
0.3gpdより大きい緊張を用いれば、緊張せしめず
に乾燥することによって得たものよりも伸度が減少し且
つモジュラスが増加する。
紡糸したままのヤーンの性質は、熱処理によって変える
ことができる。
好適には不活性な雰囲気中において緊張下にヤーンを1
50°〜550°Cの温度に加熱すれば、ヤーンモジュ
ラスが約15乃至100%増加し、且つマーン伸度が約
50係だけ減少する。
モジュラスの増加は、緊張及び温度の増加と共に、大き
くなる。
典型的な緊張及び高温に曝す時間は、150℃の場合1
.5〜6秒間で約2〜12gpd、また550℃の場合
1〜6秒間で0.5〜2gpdである。
低及び中温においては、ヤーンの強力は重要な変化を受
けないが、450℃又はそれ以上の温度での処理の後で
はそれは減少せしめられる。
熱処理すべきヤーンは普通あらかじめ乾燥しであるが、
湿ったマーン又は再び湿らせた乾燥ヤーンに関しても加
熱時間を僅かに長くすることにより、熱処理効果を与え
ることができる。
試験法: 固有粘度 固有粘度(1,V、)は、式 〔上式中、Cは重合体溶液の濃度(溶媒100d中重合
体又は繊維0.5g)であり、η、。
1(相対粘度)は毛細管式粘度計中30℃で測定した重
合体溶液及び溶媒の流動時間の比である〕で定義しうる
溶媒は特に断らない限り硫酸(95〜98係H2S04
)である。
フィラメントの性質は、特に断わらない限り、少くとも
16時間、21℃及び相対湿度(R,H,)65係の状
態に予じめ調節した繊維に関して測定する。
ヤーンの性質は、少くとも16時間、24°C及び55
SR,H,の状態に予じめ調節したヤーンに関して測定
する。
またすべての測定は、繊維の状態を調節するために採用
した環境中で行なう。
強力(切断強力)(Ten、と略記する)、伸度(切断
伸度)(Eと略記する)、初期モジュラス(Miと略記
する)及び強靭性(切断強靭性)(Tou、と略記する
)は、単フィラメントまたはマルチフィラメントヤーン
をインストロン試験機〔インストロン・エンジニャリン
グ社製〕で切断することによって測°定する。
単フィラメントは、2.54CIrLのゲージ長(ジョ
ー間の距離)づ切断し、3本の異なるフィラメントに対
する結果を平均する。
ヤーンには(0,1gpdの緊張下に)2.54Crr
L当り3回の撚りを与え、これを25.4cmのゲージ
長で切断する。
更にすべての試料は、それが切断するまで、一定の引張
り速度(8係以下のEを有する繊維に対しては10%伸
長/分、及び8〜100飴のEを有する繊維に対しては
60チ伸長/分)で伸張する。
単フィラメントのデニール(dep−f−と略記する)
は、振動数を変化させ乍ら緊張下に繊維7〜9CIrL
を振動させることによって測定される、その固有の共鳴
振動数から決定することができる。
(AsTM法、D−157フー66.25編。
1968年)。
デニール測定に次いでこの同じフィラメントを使用して
1回の切断を行なう。
ヤーンのデニルは、既知の長さくo、igpd緊張下に
おける)を秤量することにより決定する。
この場合には、長さ90cIrLが便利である。
ASTM法D2101.25編(1968年)に定義さ
れている強力(gpd)、伸度(係)、初期モジュラス
(gpd)及び強靭性(g 、cIr17/d 、 C
IrL。
又は単にgpd )は、荷重−伸張曲線及び測定したデ
ニルから得ることができる。
実際の操作では、試料の測定したデニル、試験条件及び
試料番号をコンピューターに入れ、次いで試験を開始す
る。
コンピューターは、繊維が切断するまでその荷重−伸張
曲線を記録し、次いで繊維の性質を計算する。
単フィラメント及び同一試料のマルチフィラメント撚糸
からは異った値(それぞれフィラメント特性及びヤーン
特性に対応する)が得られることを注意せねばならない
フィラメントの強力はヤーンのそれよりも大きく(典型
的には約1.2 : 1 )、フィラメントの伸度はヤ
ーンのそれよりも高く、フィラメントのモジュラスはヤ
ーンの値よりも低G)。
本明細書に示すすべての性質は、断わらない限りフィラ
メントの性質である。
実施例のすべてのヤーンの物理的性質は、インチ当りの
撚り数(tpi と略記する)が3であるヤーンを用
いて測定する。
これは、異なったデニールのヤーンに対しては、次式で
示すような、異なった撚り乗数(twist mult
iplier 、 T、M、と略記する)を与えること
になる。
ヤーンの初期モジュラスはT、M、の増加につれて減少
することが観察される。
例えば、700デニルのヤーン(tpiにおいてT、M
、 1.08 )のモジュラスは、同等の200デニル
のヤーン(3tpiにおいてT、M、0.50 )のそ
れよりも約5係だけ低くなる。
フィルムの強度及び伸度的性質;ま、ヤーンに対して採
用したものと同一の環境及び方法で状態を調節したフィ
ルムに関して測定する。
試験結果は、100係伸張/分の速度及び5crrLの
ゲージ長を用いることによるフィルムの切断試験から得
ることができる。
ドープの粘度は、7番スピンドルのブルックフィールド
粘度計を1 Or pmで使用することによって測゛定
する。
配向角の測定法 り、E、アレキサングー著の“高分子化学におけるX績
回折″第4章、264頁(Wi ley Inter−
science社出版、1969年)に記載されている
繊維の配向角は、次の方法で測定することができる。
即ちワーフス(Warhus)ピンホールカメラを用い
て繊維の広角X線回折図(透過図)を作る。
このカメラは、両端に直径0.0635crrLの2個
の鉛のピンホールを有する長さが7.6crIlのコリ
メーターを備えており、試料−フィルム間の距離が5鑞
であり、露出中カメラ内は真空にする。
照射は鋭い焦点を示す銅回折管(カタログ番号 14000320)及びニッケルβフィルターを備えた
フィリップス社製X線装置(カタログ番号12045)
によって発生せしめ、40KV及び16 m aでこの
装置を運転する。
厚さ0.051crILの繊維試料ホルダーを繊維試料
で満し、但しすべてのフィラメントをX線ビーム中で実
質的に平行に保つ。
回折図は、コダック製ノー・スクリーン(No−8cr
een )医学用X線フィルム(NS−54T)又は同
等物上に記録する。
この場合、通常の規準に従って、合格と認定される回折
図(例えば、測定された回折図が正確に読みとるのに十
分な写真強度、例えば0.2〜1.0の写真強度を有す
るような図)を得るのに十分な時間、フィルムを露出す
る。
一般に約25分の露出時間が適当である。
しかしながら、高結晶性及び高配向性の試料に対しては
、それより短かい露出時間が適当で且つ望ましく、これ
によってより正確に解読しうる図を得ることができる。
主赤道線上のスポットの一つにおいて、最高強度の半分
の強度を示す点に対応する円弧長を度で表わした値(即
ち最高強度の50係の点に対する角度)を測定し、それ
を試料の配向角とする。
1個より多い円弧が存在する如き下記実施例において記
述する繊維の配向角決定に対しては、使用される特定の
円弧は、高い値の20において生ずる円弧を使用するも
のとする。
ある場合、特にポリ(p−フェニレンクロルテレフタル
アミド)の場合、熱処理した繊維の回折図は、いくつか
の事例において、なんらの主赤道線上スポットを含有し
ないことが発見された。
これが起こる場合、一般に2個のスポットが観察され、
赤道線上の位置の各側に存在する。
次いで回折計を用いることにより、繊維の配向角を適当
な子午線上円弧(特に006反射)に関して測定し、且
つこの角度を後述する如き電子線回折によって得た対応
する円弧の配向角と対比する。
本発明の繊維の配向角は、デンシトメーター法によりX
線フィルムから決定することができる。
回折円弧の方位強度分布(azimnthal 1nt
ensitydi str市ution)は、電子部品
をキースレー410ミクローミクロアムメーター(Ke
ithley Instr−ument社製)で置き換
えたリーズ・アンド・ノースラップ・ミクロフォトメー
ター(カタログ番号6700−PL)を用いて測定する
この装置の出力信号は、リーズ・アンド・ノースラップ
・スピードマックス記録計G型にフィードされる。
操作においては、フィルムを台にのせ、装置の焦点をフ
ィルム上に合わせ、及び台の中心と一致するように回折
図の中心を調節する。
これら両者の中心は、装置の光線と一致するようにする
次いで台及びそれに載せたフィルムを動かして上記の光
線が回折点の最も強度の強い領域を通過するようにし、
正しく中心合せが行なわれているかどうかを確認するた
め反対側の回折点を調べて見る。
そして何らかの必要な微調節を行なった後、フィルムを
少くとも360°回転することにより適当なコーオデイ
ネート紙上に方位強度のトレースを記録する。
この結果2本の主要なピークを有する曲線を得る。
この場合、強度軸は垂直軸にとられ、角の変位が水平軸
にとられている。
基線(baseline)は、ピークの両側における最
小点に接するように引いた直線として、それぞれピーク
に引くことができる。
基礎に対して垂直線を各ピークの最高値から引く。
次いで各垂直線の中点(即ち“生強度″点)を通して水
平線を引くが、これはそれぞれの曲線の各すそと交叉す
る。
この各“生強度″水平線の交叉点間の距離を次の如く円
弧角度に転換する。
即ち角の変位360°に等しい水平距離をある点の36
0°回転によって決定し、次いでそのような回転に対す
る水平の変位を直接測定する。
例えば、上述の2本の主要なピークの一方をこの目的に
使用することができる。
この結果比例により、“生強度″交叉点間距離を角度に
転換しうる。
2個の円弧に対する角度値を平均し、これを本明細書に
おいては配向角と呼ぶ。
この方法で決定した値は、95チ確率水準において精度
±0.7°であることが判明した。
見かけの微結晶の大きさくAC8)の測定法本発明のド
ープから得られる繊維のX線回折スキャンは、繊維の化
学的構造、結晶性及び秩序(オーダー)及び配向の程度
に応じて異なる。
観測された主要な回折ピークの各々に対して、見かけの
微結晶の大きさく apparent crystal
litesize、以後AC8と略記する)の船室は、
X線回折計によって強度のトレースを記録する反射法に
従い、X線回折図から得られるデータに基づいて計算で
きる。
回折パターンの記録には、フィリップス(Ph1−1i
ps )社のX線発生装置、広角回折計及び電子回路パ
ネルを使用する。
この場合、ヤーンの軸が回折計の機械的(2θ)軸に垂
直となるように、改良されたフィリップ社の試料ホルダ
ーの回りに約’1.5 mのヤーンを捲きつける。
この試料ホルダーの改良は、ホルダーの端に沿って巾0
.01インチの刻み目を約21個入れ、且つ直角な開口
の底側に薄い鉛フォイルのシートを接着させ、上部の繊
維のみがX線ビームにさらされるようにすることからな
っている。
ニッケルをフィルターとする銅照射管(1,5418人
)を用い、且つパルス高解析計を有する計数管を使用す
ることにより、スキャンニング速度は2θ1°/分、チ
ャート速度0.5インチ/分、タイムコンスタント目盛
2、及び散乱及び受信スリット0.5°において、回折
強度のトレースを2θが6°〜38°で記録する。
この場合、2θは回折されてないビームと回折されたビ
ーム間の角度である。
記録計のフルスケールは、全回折曲線がスケール内に入
るように設定しく但し、該スケールは直線的である)、
且つできる限り大きな応答が得られるように、好ましく
は最高強度がフルスケールの少くとも50係であるよう
に設定する。
本発明のドープから得られる繊維に対して観察される回
折スキャン即ち回折図は、試料が結晶性である場合、多
くのピークのパターンからなっている。
多くの場合2本の主要なピークが2θで表わして約17
〜25°(殆んどの場合2θが19〜24°)の範囲内
に存在する。
少数の例においては、2本のピークの1つはインプレツ
シヨンとしてのみ認めうるが、その位置を規定するのに
は十分である。
時にはただ1本のみの主要な狭い結晶性ピークが観察さ
れることもある。
見かけの微結晶の大きさを知るために用いる方法〔例え
ば、L、E、アレキサンダー著、“高分子化学における
X線回折法パ、Wi 1ey−Interscienc
e社出版、第7章(1969年)参照〕は、下記の通り
である。
試料が結晶性でない場合には、ただ1つの非常に巾広い
ピークが存在することが回折図の唯一の特徴である。
この場合には、見かけの微結晶の大きさはOとする。
基線を先づ、2θが9°及び36°である曲線上の点の
間に直線を引くことにより、スキャン上に設定する。
次いで選ばれたピークの頂点から基線まで垂直線を引き
下し、この垂直線上に、ピークの頂点と基線間の間の中
点を記入する。
次いでこの中点を通って水平線を引く。
この線は、ピークの片方の肩と交叉するか、又は2本の
主要なピークの間に存在する最小値が十分低い場合には
両方の肩と交叉する。
この点における選んだピークの巾は、水平線に沿って一
方の肩から垂直線までの距離を測定しそれを2倍するか
、又は可能な場合には水平線に沿った両肩間の距離を測
定するかのいずれかの方法によって得ることができる。
この距離をラジアンで表した値がピーク巾(又はライン
中)と呼ばれるものであり、この値は2θ用のスケール
(予じめチャート上に設定)を用いて、インチ又は儂で
観測されライン中を度に変換し、最後にラジアンに転換
することにより得ることができる。
Bをラジアン単位で観測されたライン中とすると、補正
したラジアン表示のライン中βは(例えば上述のアレキ
サンダの著書443頁を見よ)− で与えられる。
〔上式中、bはラジアン単位で示した装置のブロードニングである〕
この装置のブロードニング定数すは、X線装置の製造業
者〔フィリップス社(Ph1lips Electr−
onic Instruments 、 Mount
Vernon 9N 、 Y 、 ) )から提供され
る珪素結晶粉末試料の回折図において、2θが約28°
に位置するピークのライン中を測定することにより決定
できる。
定数すはラジアン単位のこのライン巾である。
使用する装置の測定条件は、スキャンニング速度2θが
0.125゜7分、タイムコンスタント目盛8、及びチ
ャート速度1“7分である。
最後に、選択された反射に関連する見かけの微結晶の大
きさは、下式 によって与えられる。
〔上式中、Kはl(単位)と見做し、λはX線の波長(
ここでは1.5418A)であり、βは上述したラジア
ン表示の補正したライン巾であり、θはブラック角(回
折図から得られる選択したピークの2θ値の1/2)で
ある〕 第一次の見かけの微結晶の大きさくPAC8)本発明の
ドープから得られる繊維の構造を規定するのに用いた、
第一次の見かけの微結晶の大きさく primary
apparent crystallite 5ize
、 以後PAC8と略記する)は、1本より多い結
晶性ピークを有する繊維に対し、2θのより小さい(又
は最小と規定する)値に位置するピークに関して計算さ
れた見かけの微結晶の大きさとして定義されるものであ
る。
この測定においては、ライン巾は微結晶の大きさの他に
、結晶中の歪及び結晶の不完全さによっても影響するこ
とが認められている。
然しなから結晶の歪及び不完全さは我々が知り得ない値
であるから、この理由により、上述の如く測定される微
結晶の大きさの値は“見かけ″と呼ばれるのである。
この方法によって測定した値は、95%確率水準におい
て精度±2人であることが判明した。
ラテラル微結晶オーダー(L、C,0,)の定量的測定
法 薄い繊維断面(セクション)に電子線回折を適用するこ
とからなる試験法によって、本発明のドープから得られ
る生成物が結晶平面の特異的な横方向配列を有している
ことが明らかとなり、この構造的特徴が生成物のすぐれ
た強力と関連していることを示すことができる。
好適な構造は、その平均的位置が繊維軸及び半径を含む
平面に平行であるような一組の結晶平面を有する。
この試験法においては、通常の繊維のX線回折図(見か
けの微結晶の大きさを測定するための方法において得ら
れるもの)における、主要な(即ち最も強度の大きい)
赤道線上の反射が同定される。
本発明の殆んどの繊維は、約3.9〜4.9人のd−面
間隔に相当する2つの主要な反射を有するものであり、
これを“構造第1種”と呼ぶことにする。
ある種の繊維は、同様のd面間隔範囲に相当するただ1
個の主要な反射を有するが、これを“構造第■種″と呼
ぶことにする。
この試験法は、上述の主要な反射のみと関係するもので
あるから、上述の主要な反射が、特定の薄い繊維断面の
電子回折図において同定しうるように、電子線回折装置
を調製する。
電子線回折図の主要な反射に対する強度は特定の方法で
測定され、ラテラル微結晶オーダー値が計算される。
断面(セクション)の調製 繊維(又はフィルム)の分解又は劣化を避けるために選
ばれた正確な条件を用い、弛緩下又は低緊張下に約IO
秒間程度、試験すべき繊維(又はフィルム)を400〜
500℃の範囲の温度に加熱する。
この加熱は、管との接触を防ぐのに丁度十分な緊張下で
、繊維を窒素で満した加熱金属管中を通過させることに
よって幸便に行なうことができる。
十分配夕(ルた繊維束(直径約1龍及び長さ5 cm、
)をエポキシ樹脂中に埋め込む。
次いでこの調製物から短いセグメントを切断し、保持器
具としてのテーパの付いた棒の端に接着させる。
加熱したフィルム試料は、小さい“ビーム(BEEM)
”カプセル〔例えば、ランド・リサーチ・インダストリ
ーズ(Ladi Re5earchIndustri
es )製、Burlington y Vermon
t )を用いることにより、最も容易に埋め込むことが
できる。
先ず試料を挿入するためにカプセルのテーパのついた先
端で直径方向に沿って切り目を作り、試料をフィルムの
端がカプセル軸に対し45°となるように上記の切り口
中に挿入する。
次いでカプセルをエポキシ樹脂で一杯にし、重合させる
続いて好ましくは、非常に薄い断面を調製するために設
計されたダイヤモンドナイフ及びミクロトーム〔例えば
、ストックホルムのLKBによる“ウルトラドーム(U
ltratome) ” )を切断速度1龍/秒又はそ
れ以下の切断速度で使用することにより、埋めこんだ繊
維又はフィルムから厚さ0.1〜0.2μの断面を切り
取る。
この試料は、ナイフ・エツジが繊維束又はフィルムの長
軸(押し出し方向)に直角であり且つフィルムの厚さ方
向に平行となるように、切断中、その方向を定めるべき
である。
構造第1種を有する繊維及びフィルムは、試料の長軸に
対し約45°の角度で切断する。
構造第■種を有する繊維及びフィルムは、分子鎖軸がセ
クションの表面に対して実質的に直角となるように切断
する(この調整はユニバーサル・ステージを有する偏光
顕微鏡で実施できる)。
フィルムのセクションは、それが少くとも1つの長い側
辺(切断方向に平行な)と1つの短かい側辺(切断方向
に直角)とを含有するように調製すべきである。
これらの辺は元来の押出し表面である。
有用な断面は、それが過度の切り跡、ぎざぎざ、しわ又
は圧縮歪を有さないような品質のものでなければならな
い〔参照、D、ケイ(Kay)著、“電子顕微鏡法″、
第2版、220頁;F、A、デービス(Davis )
y Ph1ladelphia、 1965年版〕。
電子線回折 上述の如くして調製した繊維断面を電子顕微鏡のグリッ
ドに移し、且つ加速電位100KVで操作するAEI
EM−6G電子顕微鏡の通常の高解像位置に置く。
次いでハーフ・プレート・マスク(half−plat
e mask )をその定位置に回す。
電子顕微鏡を回折用にセットし、回折の粗い焦点を回折
焦点位置から時計の反対方向に1目盛(click )
回し、約600倍の倍率にする。
次いで繊維(又はフィルム)のセクションの長軸(切断
方向に凡そ平行であり且つセクションの中心を通過する
)がハーフ・プレート・マスクの端に直角になるまで、
検査すべきセクションを回転する。
次いで選択した面積の開口、即ち対物面(object
plane )において約1μの有効直径を有する開
口〔以下単にこれを”開口(aper ture )
”と呼ぶ〕を繊維セクションの短軸(セクションの中心
を通り且つ上記の長軸と直角の軸)に沿って移動させ、
繊維セクションの端から開口径の1個乃°至は2個分離
れた点に、開口の中心の位置を設定する。
このように設定した位置を以後、本明細書ではS−位置
(5−position)と呼ぶことにする。
次いで回折パターンの焦点を合わせ、写真用フィルム〔
デュポン社製オルト(Ortho )−8)をカラム中
に、半分の距離(halfway )より僅か多い距離
だけ前進させて、そこで回折パターンを記録する。
回折の粗い焦点を再び時計と反対方向に1目盛動かし、
開口径を今度は繊維セクションの長軸に沿って移動させ
、繊維セクションの端から開口径1個又は2個分離れた
地点に、開口の中心位置を設定する。
このように設定した位置を以後り一位置と呼ぶことにす
る。
回折図形の焦点を合わせ、写真用フィルムをカラム中全
部の距離進めて、回折図形を記録する。
この操作を少くとも3本の異なる繊維のセクションに対
して繰返す。
第2図は、(45°で切断した)繊維セクション2、及
びS−位置回折図を取る直前の顕微鏡像におけるハーフ
・プレート・マスクの端6と開口4の位置を表わす。
更に、端6に直角なセクションの長軸8、短軸7、及び
L−位置回折図に対する開口の位置9を示す。
フィルムのセクションは、上述の如き向きに存在してい
る。
開口は、S−及びL−位置に対応して、それぞれセクシ
ョンの2個の長軸端のいずれかから開口径1つ又は2つ
分だけ離れた任意の地点、及びセクションの短軸端から
開口径1つ又は2つ分離れた任意の地点に、その位置が
設定されている。
上述の方法を行ない且つフィルムを現像した後、3枚の
写真陰画が得られる。
この各々は、各回折図に対して2個の電子線回折(e、
d、と略記する)図及び線(ハーフ・プレート・マスク
の端に基づく線)を有する。
第3図は、本発明のドープから得られるポリ(p−フェ
ニレンテレフタルアミド)繊維のS−位置に石いて撮っ
た典型的なe * d−図を示す。
指標線(1ndexl ine ) 18は、ハーフ・
プレート・マスクの端に平行に、図の中心を通して引い
たものである。
この図は対の回折円弧(10,12及び14)を有し、
且つその各対の円弧は回折図の中心から同−半径上に存
在する。
この対の各円弧は、方位方向(azimuthal d
irection)で測定した場合、図示してないが、
回折図の中心を通るある線(以下この線を“中心線″と
いう)上に位置した最高強度の点(以下X線繊維図にお
ける主要赤道線上の反射に対応する円弧に対しては、“
′最高点”と呼ぶことにする)を有する。
回折図の中心部は、入射電子線に基因する黒度の高い円
形区域16によって不明瞭となっている。
円弧10及び12は、構造第1種のものに対する主要な
反射として同定され、それ故に゛最高点゛′を有する。
第4図は、第3図に用いたものと同一のセクションのL
−位置で撮ったe、d、図を示す。
本図及び以下の図においては、中心20の回りの黒度の
高い部分を省略し、主要な反射のみを示すことにする。
第5図は、S−位置におけるe、d、図を示す。
最高点の位置(10,11及び12)はX線による主要
な反射に相当する。
通常の湿式紡糸によって製造した(それ数本発明の一部
を形成しない)代表的なボ’J (p−フェニレンテレ
ツクルアミド)繊維である繊維のセクションは、S−及
びL−位置の両方において、第4図に示すものと同様の
e、d、図を示す。
回折図に対する品質試験−構造第1種に対して適当なe
* d−図は次の如き特徴を有する:A、指標線に対
して平行(±30°以内で)である、中心線を有する少
くとも1対の最高点、及び次の配列の1つを有する。
(1)指標線に平行(±30°以内で)である中心線を
有する第2の1対の最高点(参照第4図)、又は (2)指標線に直角(±30°以内で)である中心線を
有する第2の1対の最高点(参照第3及び5図)、又は (3)回折環(即ち、最高点を有さない主要な360°
円弧)、 (4)ある場合には、上述のタイプの回折図は上述の最
高点の1つに等しい半径を有する第2の1対の最高点を
有していてもよい(参照第5及び6図)。
B、 2個の主要な回折環。
特徴A又はBが出現しない場合には、他のセクションに
対して新しい回折図を得るべきであるか、又は同一のセ
クションを用い、選択した面積の開口の位置を僅かにず
らせて他の回折図を撮るべきである。
2対の最高点の中心線がS位置の回折図において、互い
に直角(30°以内で)である場合には、L−位置にお
ける同一の反射は、(1)互いに平行(30°以内で)
中心線上にある(参照第3及び4図)、又は(2)内部
及び外部の反射を交換して元の相互に直角(30°以内
)な中心線上にある、いずれかに存在しなければならな
い。
条件(1)及び(2)の不存在は切断歪のある証拠であ
り、それ改新しいセクションを調製して更に試験しなけ
ればならない。
与えられた試料に対する一連の回折図における最高点及
び/又は主要な環は、S−位置の回折図の調査により、
et an又は”bnと表示する。
S−位置の回折図が指標線に直角(±30°以内まで)
である線上に最高点を有する場合(参照第3,5及び6
図)には回折図の中心からの半径において、これらの最
高点に相当する所のS−及びL−位置の両者の回折図の
すべての環及び/又は最高点をb″と表示し、それ以外
の主要な最高点又は環が、もし存在する時には、それを
”a”と表示する。
指標線に直角(±30°以内で)な線上に最高点がなん
ら存在しない場合であって、且つ(1)、指標線に平行
(±30°以内まで)な線によって結ばれる2対の最高
点が存在する場合か(参照第4図の配列)、又は(2)
0両反射が完全な環である場合か、又は(3)、1対の
最高点及び1個の環が存在する場合には、外側(回折図
の中心からの距離が大きい方)の対の長高点又は外側の
環を+ bt”と表示し、内側のものを′a″と表示す
る。
回折図に対する品質試験−構造第■種に対して適当なe
、d、図は次の如き特徴を有する:A、 S−及びL
−位置の回折の両者において、単一環、又は B、 S−位置の回折図において、指標線に(a)平
行であるか、又は(b)垂直(±25°以内で)である
中心線を有する1対の最高点、及びS−位置に対する前
記の条件(a)及び(b)に対し、それぞれ指標線に垂
直又は平行(±25°以内で)な中心線を有する1対の
最高点を有するL−位置の回折図。
デンシトメトリー e、d、図を有する現像したフィルムは、10倍の対物
レンズ、比20:1のアーム、1.6dウエツジ範囲及
び4mm方形スリットを用いるジョイスーレーベル(J
oyce−Loebel)マイクロデンシトメーターに
よって試験する。
構造第1種の回折図に対しては、指標線に殆んど平行な
最高点を結びつけている中心線に沿って、又はその区域
に最高点が存在しない場合(例えば環の場合)には指標
線に沿って、各回折図に対しスキャンを行なう主要な反
射として均一な環を有する構造第2種に対しては、指標
線に(1)平行及び(2)垂直をこ、図の中心を通して
2回スキャンを行なう。
1対の最高点を有する構造箱■種の回折図に対しては、
最高点の中心線に沿って、及び該中心線に垂直で且つ回
折図の中心を通る線上でスキャンを行なう。
第7図は、第4図の回折図の最高点10の中心線に沿っ
て行なったデンシトメータのトレース図24を示す。
ピーク26及び28(それぞれa′′及びb″と表示)
は、第4図における最高点10及び12によるものであ
る。
最高黒度の平担部30は暗い中心部に基因するものであ
り、また基線が示されている。
デンシトメータートレース図の解析 この試験では、e、d、図に関して91又はn b+t
と表示したピークの高さ間の比(高さe、d。
図における強度に比例する)を知ることが必要とされる
ピークが近接して、互いに妨害しあっている場合には、
この妨害に対する補正を行なわねばならない。
この様な補正の行ない方、及びピーク高さの定義は、下
記に説明するごとくである。
すべての場合、中心部のトレース図35の底部34と、
トレースの外側の低い部分36との間に自在定規を用い
て基線曲線32を引く(参照第8図)。
1.2本に分裂したピークを有するトレース図内側のピ
ーク26の外側の肩(5houlder)27を、外側
のピーク28の外側の肩29の実質的に直線の上部部分
に対して平行に引いた直線38で延長する。
外側のピーク28の内側の肩を、内側のピーク26の内
側の肩の実質的に直線の上部部分に対して平行に引いた
直線40で延長する。
ピークのピーク高さは、ピークと及び(1)基線か又は
(2)池のピークの肩の延長線との間の垂直距離の小さ
い方で与えられる。
第8図において、ピーク26のピーク高さは、ピークか
ら基線までの垂直線で測定する。
ピーク28のピーク高さは、ピーク及び肩の延長線38
間の垂直線44で測定する。
2.1本が分裂し且つ1本がインプレツシヨンである2
本のピークを有するトレース図 これらは上述と類似の方法で分解した(参堀第9図)。
一枚のトレーシングペーパーをトレース図上に置き、水
平基準線を引へ分裂してないピークのインフレクション
部28及びこのインプレツシヨンの肩31を含むトレー
ス図の部分を紙上に写す。
次いで、前記の基準線を水平に保ちながら、紙をずらし
、上記の肩の図面を分裂したピークの肩27及びインプ
レツシヨンの低い方の肩33中に混入せしめる。
この図面をカーボン紙により元のトレース図に移して、
補正した肩44を与える。
インプレツシヨン28のピーク高は、そのピークの元の
肩及び補正した眉間の最高垂直分離距離である。
分裂したピーク26のピーク高は、そのピークから基線
までの垂直距離である。
3、単一ピークを有するトレース図 ピーク高は、ピークから基線までの垂直距離である。
4、いづれも分裂してない2本のピークを有するトレー
ス図 ピーク高は等しいと考えられるから、2本のピーク高の
比はlとする(第10図参照)。
第10図は第6図の回折図を半分スキャンしたトレース
図を示す。
計算 半スキャン(中心の外側)で測定される主要な回折の強
度の合計は、基線の強度より少くとも0.5犬であるべ
きである。
全回折図のスキャンは、実質的に対称なトレース図を与
えるべきである。
即ち、回折図中の最高の強度の点に関するピークの、左
側及び右側のピーク高さく基線から測定)は、それぞれ
左及び右側値の平均から高々20係内にあるべきである
ピーク高さを決定する構造的因子に基づいて、パラメー
ターAを、本発明の生成物における好適な構造の度合の
尺度として選択する。
構造第1種に対しては、 〔上式中、a / bは回折図a及びbのピーク高の比
であり、添字S及びLはそれぞれS−及びL−位置に関
するものである〕。
構造箱■種の場合には、A−(Hl /H2) s /
(H1/ H2) L O但し、Hl及びH2は次のよ
うに定義する。
単一環e 、 d、図においては、Hl及びH2はそれ
ぞれ、指標線に直角及び平行なスキャンにおけるピーク
高である。
1対の最高点を有するe、d、図に対しては、Hl及び
H2はそれぞれ、(a) 指標線に直角(25°以内
で)にスキャンしたさいのピーク高さ、及び(b)、上
記(a)のスキャン方向に直角にスキャンした際のピー
ク高である。
添字S及びLはそれぞれ、S及びL−位置において撮っ
た回折図に関するものである。
u A ttの一つの値(Ar)は、両位置に対するデ
ンシトメーターのトレース図の右側半分におけるa及び
bの値を用いて計算されたものである。
u A 11の第2の値(Ae)は、同一の回折図に対
するデンシトメーターのトレース図の左側半分における
、a及びbの値を用いて計算された値である。
繊維(即ち、与えられたセクション)に対するラテラル
微結晶オーダー(L、C,0,)の値は、そのセクショ
ンに対するAr及びAeの平均値である。
両方が有限数である場合には、それを直接平均すること
ができる。
もしそれらの値が一つの有限値及び一つの無限大値から
なっている場合には、それらの値の逆数を平均し、その
平均数の逆数が求める平均値である。
両方の値が無限大値である場合は、平均は無限大である
次の表は、後述の実施例における3本のフィラメントに
対する平均り、C,0,値及び3つの値の範囲を示す。
但し、?l i 11は無限大値を示す。通常の湿式紡
糸法によって製造したPPD−Tフィラメントに対する
り、C,0,値は0〜4.5の範囲にあり、殆んどの値
は約1.0である。
繊維の密度 密度−勾配管に対する液体系としてヘプタン−四塩化炭
素を25°Cで用いることによって改変した、AsTM
法D1505−68.27部(1970年)に記述され
ているプラスチックス用の密度−勾配管法により、繊維
の密度を測定する。
この場合、弛ろく結んだ短かい長さの(約1〜2 cI
rL)フィラメント又はヤーンの密度を4回測定し、そ
の平均値を以て測定値となす。
次の表は、実施例の繊維に対する密度(g/、ff1)
の値を示す(有効数字は3ケまで)。
本発明の完全に芳香族のポリアミド繊維は、好適には少
くともi、 3 s gicyyfの密度を有し、この
ことは、繊維が期待される引張り強度をかなり減するよ
うな空隙又は泡を過度に有していないということを保証
するものである。
実施例 I 硫酸(99,7係H2S04)を含有するビーカ中で、
1.V、5.4のPPD−Tを酸100mA’当り重合
体46g(20重量係)の比で混合した。
この練り粉様粘性の粗混合物(融点約78℃)を混合装
置に移した。
この装置は、T字管を通して一時的に塞がるグーズネツ
ク(gooseneck )にも連結されているステン
レス鋼管によって連結されている2個の塔頂開放シリン
ダー(各々の容積約250m1)からなっていた。
各シリンダーはその基部に濾過用充填物〔3〜50メッ
シュスクIJ−ン/1〜325メツシュスクリーン/3
〜50メツシュスクリーン、メツシュ/インチ(メツシ
ュ/2.54cm))を有していた。
この混合装置は、各シリンダーにぴったりと合う一対の
ピストンを有している。
各ピストンの小さい孔は各ピストンの最初の取り付は時
に空気を排出せしめるために開いており、次いで密閉し
た。
この混合装置の周囲に約95℃の水浴を設置した。
約1〜2蒔間後重合体=溶媒混合物をピストンで1方の
シリンダーから他のシリンダーへ押し出し、全部で約5
サイクル同様の操作をした。
かくして、今やドープとなった1シリンダー(及び連結
通路)中の混合物全部に関し、連結通路に連結されてい
るグースネックから閉塞物を取り除き、このグースネッ
クを電熱式紡糸ブロック、即ちステンレス鋼製フェルト
ろ過材〔フルラド・ダイナミクス社(FluidDyn
amics 、 Inc、* M′Orristown
、 N、J 、 )製ダイナロイ(Dynaloy
) X 5 )及び2ミル(0,05mm)/直径の孔
50個を有する直径015インチの紡糸口金を有する紡
糸ブロックに連結した。
次いで95°Cの水浴を混合装置及び管の最初の部分の
周囲に移した。
水浴及び紡糸ブロックt(ioo℃)間の短い長さの管
には、水蒸気導管を巻いた。
続いて第1図に示したものと同様の紡糸管及び捲き上げ
装置を5SF6.9となる速度で使用することにより、
ドープを混合装置から64m、p、m(210°f、p
、m)の噴出速度で、紡糸口金を通し且つ1cIfLの
空気層を通し、4℃の水中へ垂直に押した。
完全に洗浄し且つ空気乾燥した後の繊維は、4.8の1
.V、及び0,92のd、p、fを有した。
この乾燥したヤーンの一部を全デニル183となるまで
より合わせ、且つ約2秒間の滞留時間を与える速度(3
00fpm)で1.4gpdの緊張下に525℃の窒素
を含む長さ3.05mの管中を通過させた。
このヤーンは、その元の長さの約1.005倍だけ延伸
された。
撚った紡糸したままの繊維及び熱処理した繊維の性質は
それぞれ次の通りである。
実施例 ■ ジャケットを有する工業用プラネタリ−混合機に40℃
の硫酸(99,7係H2S04)を仕込み、次いで1.
V、6.0のPPD−T重合体を、酸10〇−当り重合
体46.9の比となるように、2分間に亘り頂上の入口
から添加した。
次いで混合機を密閉し、Hg真空68.5〜76cII
L下に減圧した。
ジャケットの水温を85℃に上昇させ、プラネクリー混
合翼を低速で運転させはじめた。
約12分後、溶液の温度を79〜82℃にするために、
ジャケットの温度を77℃に低下させた。
次いで混合を約2時間継続した。
この時、溶液は2300ポイズのバルク粘度を有した。
固体ドープの融点は約78℃であった。
このドープをガラスでラソニングした水温ジャゲット(
90℃)付きの釜に移した。
ついで約30分間、約69〜76 CIILHgの真空
にし、移送中に混入した空気又は気泡を除去した。
次いでドープを、ポンプにより釜から水導管(90℃)
がぴっちり巻きつけられている移送導管を通して電熱(
80°C)紡糸ブロック及び付属ギヤポンプに送り込ん
だ。
次いでこのドープをギヤポンプで計量し、ブロック中の
他の通路を通し、且つ裏打ちスクリーン、ステンレス鋼
フェルトを含有する水温ジャケット(80℃)付きの紡
糸口金パック及び直径0.051mmの孔100個を含
有する直径12.7mmの紡糸口金へ誘導した。
続いて第1図に示したものと同様の紡糸管において、ド
ープを約63m、p、m(207f、p、m、)の噴出
速度で紡糸口金から垂直に押し出し、5TItTILの
空気層を通過させ、且つ1 ’Cの水中に導入した。
項目a及びbは、糸線を捲上げ部品に直接誘導するため
に、紡糸管の下で自由に回転するローラーを用いて製造
し、一方項目Cは陶器製枠を用いて製造したものである
ヤーンは、水(50℃)を噴霧させながら、ボビン上に
異なった速度で捲き付けた。
次いでこのヤーンのボビンを水タンク中に貯蔵した。
次いでボビンを0. I NN a HCO7中に浸し
、更に米国特許第2,659,225号に示されている
型の前進リール式抽出装置に用いて水(70℃)で抽出
した。
この抽出したヤーンを捲き上げ、ボビン上で70℃で乾
燥した。
1.V、5.2を有する乾燥したヤーンの性質は、表■
に項目a、 b及びCとして示しである。
これらの項目は、それぞれ1.5.3.4及び4.4の
紡糸延伸因子を有した。
硫酸(99係以上H2So4) 100ml当りPPD
−T (I 、V、5.9 ) 469を有するドープ
(融点約78°C)を混合し、次いで0.63X8.9
sinのスロットから約19.5m/分の速度で押し出
し、3.2mmの空気層を通し、7℃の水の1.6×2
5mm垂直トイ中に誘導し、且つフィルムを陶器製棒上
を通し、約2.3のSSFでボビンに捲き上げた。
次いでこのボビンに飽和Na HCO2水溶液を噴霧し
た。
中和、洗浄及び乾燥後、871デニルのフィルムは、5
crrLゲージ長を用い且つ100係伸張/分で切断せ
しめた時、1815.7/360のTen、/E/Mi
を有した。
この場合、フィルムの状態の調節及び試験は、ヤーンに
使用する環境中で行なった。
またこのフィルムは少くとも5.0の1.■、を有した
実施例 ■ 1、V、5.4のPPD−Tと100%のH2SO4よ
りなるドープ(融点約78°C)を手動で混合し次いで
実施例Iの混合装置中で15〜120分間混合すること
により調製した。
次いで実施例1と類似の装置を用い、ドープを直径0.
076mmの孔を20個有する紡出口金から押し出し、
1crILの空気層を通して1〜3°Cの水中に導入し
、捲上げ、完全に水中で水洗し、且つボビン上で空気乾
燥した。
紡糸条件及びフィラメントの性質を表1に示す。
実施例 ■ 本実施例は、紡糸工程におけるいくつかの変数を示す。
PPD−Tの硫酸(99,7〜ioo係H2S04)溶
液ドープを調製し、実施例1の装置及び一般法を用いて
紡糸した。
製造条件及び結果を表■に示す。
すべてのトープは、項目e(38g/100TLl、1
7重量%;参考例である)以外、溶媒100m1当り4
6gの重合体(20重量%)を含有していた(融点約7
8℃)。
すべてのドープを、直径0.051mmの孔を有する紡
糸口金から(紡糸口金温度)約95℃で押し出し、0.
5〜1゜5crILの空気層を通して凝固浴へ導入した
但し、項目es i及びjに対する温度はそれぞれ7
3.85及び80℃であり、且つ項目c、d及びjに対
する孔の直径はそれぞれ0.25゜0.20及び007
6龍であった。
凝固浴は、それぞれ47.5.54及び70%H2SO
4を用いるflg及びh以外のすべての項目に対しては
水であった。
上記の例外的の3項目に対しては、凝固管から出てくる
ヤーンを棒の下を通し、第2の浴(水15℃)中に導入
し、再び棒の下を通して、次いで捲上げた。
捲上げ速度は198〜440m、p、m−であった。
すべての繊維を完全に洗浄し、ボビン上で乾燥した。
フィラメントの強力を表■に示す。すべての項目は、(
a)3.5〜4.8 %の伸度、(b)420(項目e
)〜850 g、p、d、 (項目f)のモジュラス
、(c)項目C及びd(それぞれ12.4及び10.5
)以外1.1〜2.7のフィラメント当りのデニル、及
び0.22〜0.69gpdの強靭性値を有していた。
紡糸口金の面を水面下に置くという変化を項目eの方法
で行なった場合、使用しうる最高持上げ速度は、紡糸延
伸因子0.6において27m、p、m。
にすぎずこれにより3.7gpdの強力を有する9、2
d、p、f、のフィラメントが得られるにすぎない。
3のSSFで項目aの方法を用いた場合、紡糸管長を2
1.6,10及び1.27crrLとすることにより、
23.22及び21gp(iの強力を有するフィラメン
トが得られた。
この紡糸管長の変化は、水の速度を変え、それ故に糸線
に対する緊張を変化させた。
項目aの紡糸条件を、ドープを約90℃で押し出しく重
合体の1.V、4.6)、1crILの空気層を連吟し
て垂直に4℃の水浴中に導入し、次いで3.0のSSF
の下に、147m、p、m、の速度で捲上げるというや
り方に変化させた。
洗浄し且つ乾燥したこの繊維は、17gpdのフィラメ
ント強力を有した。
また紡糸口金面をトルエン中に浸し、空気層を1cIr
Lのトルエン層で置き換えたが、この工程の変化では実
質的に結果は変らなかった。
実施例 ■ 本実施例は、押し出し温度の工程に及ぼす影響を示す。
実施例■の一般的方法に従い、1.V、5.2のPPD
−Tから製造した硫酸(99+係H2S04)100m
l当り46gの重合体を含有するドープ(融点約78℃
)を、直径0.05mmの孔100個を有する紡糸口金
から押し出し、約4゜8mmの空気91層を通して5°
Cの水中に導入した。
次いで繊維を約4.7〜5.5のSSFの下に約153
m、p、mで捲上げた。
この工程において、釜中のドープは約85℃に維持した
移送導管、紡糸ブロック及び紡糸口金の温度は、各紡糸
に対し約押し出し温度に調節した。
押し出し時のドープの推定温度、繊維の1.vo、及び
フィラメントの性質は下の通りである。
実施例 ■ 上記の事項以外実施例11Aの一般的な紡糸条件を用い
ることにより、ポリ(p−フェニレンテレフタルアミド
)(PPD−T)の繊維を製造した。
使用したドープは約78℃の融点を有していた。
繊維の性質は、項目d = iに対して表■に示す。
押し出し温度は、項目iの95℃を除いて約85℃であ
った。
凝固浴は項目iの20℃水浴以外、1〜4℃の水浴であ
った。
項目d、e、f及びhはスピン管の後でローラーを使用
し、項目g及びiは陶器製ビンを使用した。
項目e及びhはそれぞれ570及び285個の孔を有す
る紡糸口金から押し出した。
すべての紡糸口金は、項目f(直径0.15mmの孔2
0個)を除いて直径0.05mmの孔を含有していた。
噴出速度は、約21(項目f)〜58m/分(項目i)
の範囲であった。
紡糸延伸因子SSFは3.5(項目i)〜5.2(項目
d)の範囲であった。
項目gは、スクリュー溶融機中で再溶融することにより
固化ドープの粒体から製造した。
項目e及びhは、水の噴霧を伴なう捲上げに先立ち、N
a HCo 2を噴霧する供給車を使用し:e及びh
は抽出装置に供給する場合ボビンを水中に貯蔵し、次い
で稀NaOH水溶液中に貯蔵した。
項目e及びhは120℃の加熱ロール上で乾燥した。
項目f及びiは、ボビン上で水洗し、水中に12時間放
置し、次いで空気中室温で乾燥した。
項目d及びgは、抽出装置に先立つ捲上げ時及び浴中に
おいて、炭素水素ナトリウム水溶液で洗浄した。
項目dは40℃で、項目gは75℃で乾燥した。
項目d2g及びhのヤーンは、それぞれ6より、4より
及び2よりヤーンであった。
項目dye及びhに関するフィラメントの性質は、それ
ぞれ5,5及び4本の切断において調べた。
本実施例のヤーンは、特にタイヤコードの製造に有用で
ある。
そのようなり−ンは、少くとも4.0のI 、V、を有
し且つ少くとも18gpd及び3係のヤーンの性質(t
en、/E)を有すべきである。
好適には、タイヤコードに使用するためのヤーンは、4
.5の1.V、及び20/3.510.35のヤーンに
ついてのten/E/louを有すべきである。
ヤーン強度のタイヤコード強度への転換率はdpfが大
きい場合よりも小さい時の方が、より犬であるという理
由により、好適なり−ンのフィラメントは2.5以下、
好適には2.0以下のdpfを有するのがよい。
好適なり−ンは、150℃で測定した時の強力/伸度/
強靭性の値が24℃で測定したそれらの値の少くとも7
0係を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の繊維の製造に適当な方法を行なう際の
装置の1種の概略図であり、第2図は繊維の断面図であ
り、第3.4.5及び6図は繊維断面の選択された区域
の電子線回折図の図式表示であり、第7及び第10図は
それぞれ完全及び半回折回のデンシトメーターのトレー
ス図であり、第8及び9図はデンシトメーターのトレー
スの部分図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 固有粘度が少くとも4.0のポリ(p−フェニレン
    テレフタルアミド)重合体の光学的に異方性のドープで
    あって、該光学的異方性のドープは濃度が少くとも98
    チの硫酸100m1当り該重合体が少くとも40gの濃
    度を有し、少くとも約63℃の融点を有する室温で固体
    物質であって、且つ該固体物質の融点以上の温度におい
    て均一な光学的に異方性の液状ドープを形成することを
    特徴とするギャップ紡糸法用の光学的異方性ドープ。
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