JPS61124621A

JPS61124621A - 超高分子量ポリエチレン繊維の製造方法

Info

Publication number: JPS61124621A
Application number: JP24677484A
Authority: JP
Inventors: Tasuku Sato; 佐藤　佐
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1984-11-19
Filing date: 1984-11-19
Publication date: 1986-06-12
Also published as: JPS6353283B2

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は超高分子量ポリエチレン繊維の製造方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

新素材の開発が盛んな中で、従来紡糸が困難であった分
子量１００万以上の超高分子量ポリエチレンの軽くて高
強度、高弾性の特性を具有する繊維の紡糸技術が注目さ
れるようになって来た。すでニ開発すれているこのよう
な紡糸技術には、つぎに示すようなものがある。すなわ
ち、 ■　超高分子量ポリエチレンを１３０℃付近でパラフィ
ンまたは有機溶媒（たとえば、キシレン、テトラリン、
デカリン等）：こよって溶解させた熱溶液を冷却し、ポ
リエチレンの板状単結晶を析出させ、溶媒洗浄した後、
得られた板状結晶集合体を通常の高密度ポリエチレンに
挾み込み、加圧加熱して共押出しによる分子配向を行な
った後さらに数十倍に延伸する。〔日刊工業新聞（昭和
５８年６月１５日刊）〕 ■　有機溶媒に溶解した超高分子量ポリエチレン希薄溶
液を流動させ、種結晶を浸漬引き上げて、連続繊維とし
てポリエチレンを取り出す。

〔コロイド・アンド・ポリマーサイエンス（Ｃｏｌｌｏ
ｉｄ　＆　Ｐｏｌｙｍｅｒ　５ｃｉｅｎｃｅ）　２５４
号８６８頁（１９７９年）〕 ■　有機溶媒または油（常温で液体であり、水よりも軽
く、水に不溶で粘性を有するもの、たとえばデカリン）
によって超高分子量ポリエチレンをゲル化し、このゲル
を高倍率に延伸する。

〔ホリマープレプリント・ジャパン（ＰｏｌｙｍｅｒＰ
ｒｅｐｒｉｎｔ　、　Ｊａｐａｎ）　３２巻、４号、８
４２　頁）などである。しかし、このような方法はいず
れも工程が複雑であって、特殊な技術がそれぞれ必要で
ある。特にポリエチレンをゲル化する■の方法において
は、均質で連続紡糸可能な強度を有し、しかもゲル化剤
の除去が容易であるようなゲルを作ることは並み大抵で
はないことがら、■葛湯を作るときと同じ要領で、まず
ポリエチレンの粒子を湿潤させるに充分な量の溶媒に予
め室温下で浸漬して高濃度のゲルを作っておき、このゲ
ル中に高温の同一溶媒を攪拌しながら添加する方法、＠
多量の溶媒中にポリエチレンの粉粒を除徐に添加する方
法なども行なわれているが、■および◎の方法も手間か
かかるばかりではなく、満足し得るゲルは容易には得ら
れない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べた従来の技術は、いずれも工程が複雑であって
、容易には満足できる繊維が得られないので、この発明
は、特に前記の超高分子量ポリエチレンをゲル化しこれ
を高倍率に延伸する■の方法を改善し、工程の簡素化と
ともに均質で紡糸性がすぐれ高強度の延伸物を効率良く
得る方法の開発を技術的課題とするものである。　　　
゛〔問題点を解決するための手段〕上記問題点を解決するために、この発明は分子量１００
万以上の超高分子量ポリエチレン１〜１０重量％と、滴
点が１００’（［上であるグリース９９〜９０重量％と
の混合物を加熱ゲル化し、このゲルを延伸紡糸すること
を特徴とする高強度ポリエチレン繊維の製造方法を提供
するものであり、以下その詳細を述べる。

まず、この発明における分子量１００万以上の超高分子
量ポリエチレンは、ゲル化剤との混合が容易でゲル化時
間を短縮させる等の点から粉末状のものが好ましいこと
は言うまでもない。また、分子量が大きいほど分子間力
が太き（なり強方な繊維が得られるので、分子量は１０
０万以上であることが望ましい。なお、この発明の超高
分子量ポリエチレンはエチレンのホモポリマーであって
も、またエチレンを主成分とするコポリマーであっても
回答支障はない。

このような超高分子量ポリエチレンのゲル化点は、分子
■や銘柄によって変化するが、一般に８０℃以上である
。したがって、ゲル化温度以下で流動性の大きい液状の
油や溶剤をゲル化剤に使用すると、これらゲル化剤とポ
リエチレン粉とは簡単に分離し、分散はきわめて悪く、
これを避けようとして攪拌をしても、却って両者は一層
分離するようなことになってしまう。したがって、この
発明においては、従来の技術とは相違して、ポリエチレ
ンのゲル化温度よりも滴点（融解して自重で滴下しはじ
める温度）の高いグリースをゲル化剤に使用するのであ
る。ここで、グリースとは主として鉱油に金属石鹸（た
とえば、カルシウム、ナトリウム、アルミニウム、バリ
ウム、ストロンチウム、リチウム等の金属の脂肪酸塩）
を増稠剤として混和１−で得られる半固体状の潤滑剤で
あるが、基油である。を浦の一部をジエステル油、シリ
コーン油などの合成油で代替したり、増稠剤にマイクロ
ゲル、粘土等を用いたりしてもよい。

元来、超高分子量ポリエチレン自体は固く、その分子は
絡み合ってほぐれにくいものであるか、これに油を含ま
せると、卿（もつ）れた糸がほぐれるときのように絡み
合いがゆるんで来るので、このような状態にあるポリエ
チレンを延伸すれば、分子は一方向に配向されやすく、
また、分子間に含まれていた油はそれと同時に系外に押
し出されることになるが、このような現象を顕著なもの
とするためには、単独の液状油よりも非石鹸もしくは石
鹸基を有す゛る増稠剤を含み滴点が１００℃以上である
グリースが好ましい。なお、超高分子量ポリエチレンの
種類は熱論のこと紡糸時の最適温度（紡糸装置、紡糸速
度、その他の紡糸条件などを含む）等に対応して、ゲル
化剤の種類を選択する必要がある。パラフィンワックス
、低分子量ポリエチレン、低密度ポリエチレンなどを用
いてもゲル化は可能であるが、パラフィンワックスと低
分子量ポリエチレンとは紡糸時の糸強度が極度に低く取
扱いかむつかしく、また、低密度ポリエチレンは粘度か
高く、押出しに＜＜、紡糸時のゲル化剤の離脱も容易で
ないので好ましくない。これに対して、潤滑グリースを
用いたときは、以上のような欠点がないばかりでなく、
延伸紡糸の際にゲル化剤としてのグリースの大部分（９
０悌以上）が系外に排除されるため、後続するゲル化剤
の除去が非常に容易となり処理工程が筒素化されるとい
う他には見られない利点がある。なお、グリースの中で
は基油が鉱油系であるものが好ましい。

つぎに、超高分子量ポリエチレンとゲル化剤であるグリ
ースとの配合割合は紡糸条件にもよるが通常１〜１０重
量％重量％−９９〜９０、好ましくは２．５〜７．５重
量％対９７．５〜９２．５重量饅にすることが望ましい
。なぜならばポリエチレンが１重量％未滴の少量では糸
の強度が小さくて糸の連続性が良くなく、逆に１０重量
謡を越える多量で１マ原糸が太くなり過ぎて延伸性が悪
（なるからである。そして、これら両者を混合する方法
は特に限定されるものではなく、通常のグリース混和器
等を用いてもよく、また、ポリエチレンとグリースとの
混合物を各工程ごとに移し替えしないために、混合、加
熱ゲル化、押出しく紡糸）等が連続して行なえるような
昇温可能なスクリュ一式もしくは図に示すようなプラン
ジャ式の押出機を利用してもよい。ポリエチレンとグリ
ースとの混合状態は、肉眼で見て外観が均一であればま
ず充分であり、ゲル化温度までの昇温は、外部加熱、内
部加熱のいずれの方式によっても構わないが、ゲルの変
色（褐変）や劣化を防ぐうえから、局所加熱は避ける方
が好ましい。通常ゲル化のための加熱温度はポリエチレ
ンの含有濃度、紡糸ノズルの孔径などによって多少の変
化はあるが、温度が高過ぎるとゲルの早期劣化を招き、
逆に低過ぎてもゲルは堅くなって紡糸が困難になるので
、たとえばポリエチレンが５重量悌で紡糸ノズルの孔径
１　ｍｍのときには１８０℃前後が糸の延伸性および連
続性のいずれにおいても良好であった。

さらに、紡糸された糸は、巻取り速度が大きくなる程細
くなり、配向も進み、強度も上がり、そのうえ含まれて
いるゲル化剤（グリース）の離脱も容易にはなるが、巻
取り速度が大きくなり過ぎると、紡止直径の原糸の強度
、取扱いやすさく作業性）、または連続性などは悪化す
るので、毎分９０ｍ程度の速度を一つの目安にすると良
いようである。

このように紡糸工程を終えた超高分子量ポリエチレンの
糸には、大部分のものは既に離脱しているが、少量のゲ
ル化剤（グリース）が残留しているので、これを完全に
除去するための洗浄処理を行なう。その具体的方法は、
グリースを構成する基油および極性物質などが容易に除
去できるものであれば特に限定されるものではないが、
たとえば沸点の比較的低いベンジン等の溶剤で主として
基油を洗浄した後、熱湯で極性物等を除去する方法など
は簡便で効果的な方法の例の一つに挙げることができる
。

〔作用〕

この発明において、超高分子量ポリエチレンのゲル化に
用いる滴点が１００℃以上のグリースは、液状油を単独
使用したときよりも、ポリエチレンの絡み合った分子組
織内への油の浸透を容易にし、その結果ポリエチレンの
ゲル化を円滑に促進し、また、紡糸に際しては分子組織
内に含まれている油の離脱をも容易にして、最終工程で
ある洗浄を簡易にする作用効果を示すものと解される。

〔実施例〕

実施例１：リチウム石鹸基の鉱油系グリース（稠度２７５、滴点１
８１℃）９．５ｇと超高分子量ポリエチレン（ホスタレ
ンＧＵＲ４１２、粒度１００メツシユ全通）０．５ｇを
ガラス製ビー力に採りこれを金属製のヘラで２〜３分間
混合した。この混合物１を先端に径１ｍｍの細孔２を有
し、プランジャ（ピストン）３を備えた硬質ガラス製の
シリンダー４の中に入れ、加熱炉５によって１８０℃ま
で加熱した。加熱開始後約４０分でシリンダー４の外壁
温度の上昇が止まり所定の１８０℃に到達したので、プ
ランジャ３を押して細孔２からゲル化した混合物１を押
し出してストランド６とし、このストランド６を周速毎
分９０ｍで回転するポビン７に巻き取って糸に延伸した
。延伸後、ベンジン洗浄および湯洗を順次行なって、ゲ
ル化剤の鉱油系グリースを除去し、乾燥させ、得られた
糸の強度をＪＩＳ−Ｌ１０１３に則って測定したところ
、１５５　ｋｇｆ　７ｍｍ２　の値を得たが、このよう
な強度は通常のポリエチレン（低密度）繊維の約１０倍
に相当するものであった。

実施例２および３：実施例１で用いたリチウム石鹸基の鉱油系グリースおよ
び超高分子量ポリエチレンを、それぞれ９．７５ｇと０
．２５ｇ（これを実施例２）および９．０ｇと１．０　
ｇ　（これを実施例３）に混合し、実施例１と全く同じ
装置および条件の下に紡糸を行なった。

実施例２においては連続性の点で実施例１よりはやや劣
っていたが連続糸の紡糸は充分可能であり、得られた糸
の強度は３０　ｋｇｆ　７ｍｍ２であった。また実施例
３においては連続性は良（紡糸時の糸の強度は５１．５
　ｋｇｆ　７ｍｍ２と大きい値の糸が得られたが、糸は
太くなり、実施例１よりは均一性の点でやや劣っていた
が、連続糸の紡糸は充分可能であった。

比較例：実施例１で用いたリチウム石鹸基の鉱油系グリースの代
わりに、油（出光興産社製：ダフネスーパーマルチ６８
）９．５ｇをゲル化剤とした以外は実施例１と全く同じ
装置および条件下で紡糸を行なった。この場合、ポリエ
チレンと油が分離し、下部細孔付近は硬いゲルとなり押
出しが困難であった。そして得られた糸は、勿論のこと
、実施例２および３で得られた糸よりも遥かに劣ったも
のであり連続性が全く悪かった。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例で用いた装置を示すための模式化
した装置図である。１・・・混合物、２・・・細孔、３・・・プランジャ、
４・・・シリンダー、５・・・加熱炉、６・・・ストラ
ンド、７・・・ボビン特許出願人　　エヌ・チー・エヌ東洋ベアリング株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

分子量１００万以上の超高分子量ポリエチレン１〜１０
重量％と、滴点が１００℃以上であるグリース９９〜９
０重量％との混合物を加熱ゲル化し、このゲルを延伸紡
糸することを特徴とする超高分子量ポリエチレン繊維の
製造方法。