JPS61612A - 高強力高モジユラス繊維の製造方法 - Google Patents

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） 本発明は高強力かつ高モジュラスの特性を有する合成繊
維の製造方法に関するものであり、さらに詳細には可撓
性ポリマの溶液を紡糸して得た未延伸糸を、３段以上に
多段熱延伸することによって、高い物性を有づ−る合成
繊維を高速度で製造する方法に関づるものである。

（従来技術） 従来、可撓１り一ボリマの準希薄溶液から紡糸し、冷却
して一旦ゲル化させた後、脱溶媒（）、超延伸を施こづ
ことにより著しく高い強力とモジュラスを有する繊維が
得られること（特開昭５６−１５４０８号公報、特開昭
５８−５２２８号公報、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔ
ｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ　　ＶＯｌ、１５、ｐ５０
５へ−５１４（１９８０）および同じくｐ２５８４へ−
２５９０（１９８０）など）が知られており、この高強
力高モジュラス繊維はそれ自体の特性が要求される産業
用繊維としての用途、たとえばロープ、スリング、ゴム
補強材、各種樹脂の補強材およびコンクリート補強材な
どに有用性が期待されている。

しかるにこの可撓性ポリマの溶液から紡糸し、ゲル化、
脱溶媒した糸条を熱延伸する際に、延伸速度すなわち延
伸時の糸条供給速度あるいは糸条巻取速度が低い場合に
は、高い強力と高いモジュラスを右する繊維が得られる
が、生産性を増すために延伸速度を大きくすると延伸可
能な延伸比が茗しく下がり、これに伴なって得られる延
伸糸の糸物性も大きく低下してしまうという問題があり
、たとえば上記従来法においても高々２〜３　ａｍ１分
程程度延伸給糸速度で実施してはじめて高強力の繊維を
１９でいるのが実状である。したがって従来高い強力と
高いモジュラスを有する繊維が得られることが知られて
いるにもかかわらず、このような高い物性を維持したま
ま熱延伸時の速度を大きくすることができなかったため
、これを工業的規模で大量生産φることは極めて困難と
されていた。

（本発明が解決しようとする問題点） そこで本発明者らは溶液紡糸法により繊維を製造４るに
際し、大ぎい延伸速度で高い物性を有づる繊維を得るこ
とを目的として鋭意検討した結果、延伸工程を３段以上
の多段に分割し、しかも延伸比を特定の条件に制御する
ことによって上記目的が効果的に達成できることを見出
し、本発明に到達した。

（問題点を解決するだめの手段） すなわち本発明は分子鎖長の８５％以上が可撓性鎖から
なる結晶性高分子を０．５〜２０重量％含有する曳糸性
溶液から紡糸した未延伸糸条を、まず１０倍以下に延伸
した後、ひぎつづいてさらに多段延伸し延伸比を高める
に際し、延伸比が１０倍を越える延伸段階を、各段延伸
比が１．４倍以下で、２段以上の多段となるよう分割し
、総延伸比が１２倍以上となるまで延伸することを特徴
とする高強力高モジコラス繊維の製造方法を提供するも
のである。

本発明の方法によれば、たとえば延伸時の糸条給糸速度
が１〜５ｍ／分程度の場合、従来の１〜２段で延伸する
場合に比べて１０〜１００％もの延伸倍率ど延伸強度の
向上をはかることが可能となるという顕署な効果が得ら
れる。

本発明においてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
ブテン−１およびポリ（４−メチルペンテン−１）など
に代表されるポリオレフィン、ポリアクリロニトリル、
ポリビニルアルコールなどのビニル系ポリマ、ポリオキ
シメチレン、ポリエチレンオキサイド、ポリ４フツ化エ
チレン、ナイロン６やナイロン６６などのポリアミド、
脂肪族Ｊ５よび半芳香族ポリエステルなどの可撓性鎖か
らなる結晶性高分子を用いるが、ｐ−７エニレンテレフ
タルアミド、ｐ−オキシベンゾエートなどの剛直性の構
成単位を分子鎖長の１５％未満含むポリマし使用するこ
とができ、とくに１２倍以上の延伸性を有するものが好
ましく使用できる。

使用するポリマの分子間は低ずぎると繊維の強力、モジ
コラスが低下して有用性に欠けるため、ポリマの種類に
Ｊ、って好適な範囲が存在するが、たどえばポリエチレ
ンの場合は重量平均分子量で５Ｘ１０Ｓ以上とくに５Ｘ
１０”以上が好適である。

１記ポリマの曳糸性溶液を調整Ｊるために使用する溶媒
は脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素お
よびこれらの混合物などからポリマの種類に応じて適切
なものが選ばれる。ポリオレフィン系重合体の場合はこ
れらの溶媒をもってしても６０℃以下では溶解せず、１
００℃以上に加熱することが多いため、低沸点の溶媒の
使用は好ましくない。なかでもポリオレフィン系重合体
にとって好適な溶媒としてはデカリン、キシレン、テト
ラリン、シクロヘキザン、ノナン、デカン、およびパラ
フィンオイルなどが挙げられる。またパラフィンワック
スやナフタリンなどの常温で固体のものも使用し得る。

ポリマ溶液におけるポリマ濃度はポリマの分子間に応じ
て、分子量が大きいほど低い濃度条件が選択される。溶
解時の均一性、紡糸時の吐出安定性、曳糸性および延伸
時の製糸性などを考慮して溶液の粘度が適切なものとな
るようにポリマ濃度が選択される。ただしポリマ濃度が
０．５重量％を下まわると、ポリマ溶液の曳糸性が低下
して紡糸がか不安定となり、繊維の均一性を欠くように
なったりい茗しい場合は紡糸が困難になるため好ましく
ない。一方ポリマ濃度が高いほど生産性も＾いが、不必
要に濃度が′ＩＩＪ１−ざると溶液中でのポリマ鎖のか
らみ合イ（Ｅ　ｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ　）が増加して
、溶液の粘１衰が高くなり、紡糸時の曳糸性が阻害され
るばかりか、延伸倍率が十分に」がらず、低い物性の繊
維しか得られない。したがってポリマ濃度は２０重但％
が上限となり、１〜１５重Φ％の範囲が一層好適である
。

曳糸性溶液調整時のポリマ溶解温度と紡糸時の溶′ａ温
度はほぼ同一にするが、この温度は溶媒やポリマの種類
おＪ、び分子量によってポリマ溶解温度やグル形成温度
が異なるため、それらを考慮して適切な温度を設定する
。

上記溶液の紡糸に際し、ノズルから押出された溶液が冷
却されてゴム状ゲルを形成する場合、これを゛ゲル紡糸
法”　（Ｑｅｌ　　３ｐｉｎｎｉｎｇ　）という。

本発明は一般に溶液紡糸法に適用されるが、とくにグル
紡糸法およびいわゆる“乾湿式紡糸法°゛、すなわちノ
ズルから押出された溶液が一母気体部分を通過した後、
凝固浴に入り糸条が凝固するような形での紡糸方式に適
用されるのが好ましい。

ゲル紡糸法ではノズルから押出された溶液は空気あるい
は不活性気体中を通過した後冷却されるが、冷却浴どし
てはポリマ溶液に対し浸透性、抽出性を示さない不活性
な液体が用いられ、ポリオレフィン系重合体の場合には
水などが用いられる。

また乾湿式紡糸法による場合には凝固浴で凝固される。

冷却浴で冷却されて生成したゴム状グル糸条は、次いで
乾燥により脱溶媒されるかあるいは溶媒が抽出剤により
抽出される。乾燥による脱溶媒の場合は単糸が膠着を生
じないようになるまで分繊しておく。

なお抽出剤としてはポリマを溶解した溶媒と相溶性があ
り、抽出時の温度でポリマの非溶媒となる液体が選ばれ
る。たとえばポリオレフィン系重合体の場合では炭化水
素あるいは塩素やフッ素を含む炭化水素たとえばヘキサ
ン、ヘプタン、塩化メチレン、四塩化炭素、三塩化三フ
ッ化エタン、アセトンに代表されるケトン類およびメタ
ノールやエタノールに代表されるアルコール類などが挙
げられる。これらの抽出剤は乾湿式紡糸の場合には凝固
浴に用いられる。また抽出剤として引火性のものを使用
する場合には、次いで引火性の低い第２の抽出剤ど置ぎ
変えて乾燥することもある。

乾燥あるいは抽出後乾燥された糸条は次いで延伸に供さ
れるが、延伸前の糸条に対し必要に応じ紡糸油剤などを
付与づることは何らさしつかえない。

多段延伸は上記乾燥糸条を給糸ロールに給糸し、ト記特
定の条件に制御することにより行なわれる。

なＪ３延伸の各段は各種の延伸張力区画手段、たとえば
速度規制ロールや延伸ビンなどにより区画される。シし
た延伸時の加熱媒体どしては加熱ロール、熱板、加熱気
体浴、加熱液体温および加熱ビンなどがあり、これらと
速度規制ロールとを組合わせで延伸を行なう。さらに具
体的にいえば、（１）複数の非加熱ロールの夫々の間に
熱板を置く、（２）複数の加熱ロールだけを使用する、
（３）複数の加熱ロールの夫々の間に複数の熱板を置く
、（／Ｉ）（１）または（２）で加熱された延伸ビンを
途中に付加づるおよび（５）（１）または（２）で加熱
された気体浴あるいは液体浴を途中に付加するなどの種
々の方式が採り得る。

延伸を行なうに際しては、まず乾燥糸条に１段あるいは
２段以上の段数で延伸比１０倍以下の延伸を施こす。し
かしこの部分の延伸は乾燥前の溶媒および／または凝固
剤を含ｌυだままの糸条に施こしてもさしつかえない。

この場合には延伸後糸条を乾燥させてから次段の延伸に
供するか、延伸と乾燥を同時に進めることになる。

次に１０倍を越える延伸段階は、２段以上、好ましくは
３段以上の多段に分割して行なう。すなわち総延伸段数
を３段以上、好ましくは４段以上とするのである。１段
または２段の延伸では、糸条内部の構造変化が急ａｌ１
５１ぎて配向に遅れを生じ、高強力、高モジユラス化が
達成できない。また延伸段数が増すほど、全延伸比が向
上し、糸物性も向上する。

本発明の延伸工程では、上記の如く延伸段階を３段以」
−の多段に分割し、しかも各段での延伸比を適正化して
、各段階において理想的な延伸状態をとりつつ、配向を
徐々に進行させていくことを特徴どし、これにＪｚり高
い延伸速度のもとて高物性の繊維の取得が可能になると
いう顕著な効果が達成される。

各延伸段階の延伸比は最終的により高い全延伸比を得る
ために、できるだけ高くするのが望ましいが、あまりに
高づざると糸条に破断を生じたり、延伸糸が白濁して物
性が低下したつづるため好ましくない。とくに延伸比が
１０倍を越える延伸段階において４；Ｃ，Ｃれらの好ま
しくない減少が顕著に川われるＩこめ、これ以後の各段
の延伸比は１．４倍以手、どくに１，３５倍以下に設定
することが重要である。なｄ３この際に延伸の途中の段
あるいは最終段にリラックス処理を含めることもで？＼
る。。

また最終的な全延伸比はより高度な強力、［ジ」ラスを
得るために、１２倍以Ｊ−にすることが重要である。

なお本発明における延伸効果は延伸速度を高めるほど人
きく現われ、どくに延伸時の糸条供給速度が１ｍ／分を
越える領域で一層明確になる。

次に実施例にＪ：り本発明をさらに具体的に説明する。

（比較例１〜３および実施例１〜２） 重量平均分子量が３Ｘ１０６の直鎖状高密度ポリエチレ
ンを１６０℃でデカリンに溶解し、３．０重量％溶液を
調整しＩ（、、この溶液を１５５℃にて孔直径１ｍｍ、
孔数１０の口金から総吐出量１００Ｇ／分で押出し、Ｂ
ｍｍ長さの空気雰囲気を通過させてから１０℃のアレト
ン凝固浴で凝固させ、次いで１０℃のアセトン抽出浴で
デカリンを十分抽出してから乾燥し、７，５ｍ／分で巻
取った。

次いで表面温度が８０℃の加熱ロールで乾燥した。

次に加熱ロール上で定長で乾燥させた糸条を一旦巻」−
げてから、第１表に示した種々の条件での延伸に供した
。

なお比較例１〜３は延伸温度１３５°Ｃ（非加熱ロール
−熱板（長さ２００ｍ）−非加熱ロール）の１段延伸で
ある。また実施例１・〜２は本発明の方法にしたがい、
適切なる条件により非加熱ロールど財）板を組合わけて
６段延伸を行なった例である。

第１表から明らかなように、給糸速度がＩｔｎ／分以上
の１段延伸では延伸可能な延伸比が低く、強度の低い繊
維しか得られない。これに対し本発明の６段延伸法によ
れば、１段延伸と同じ給糸速度であっても全延伸比を高
くでき、高強度高モジコラスの１４％　Ｉｆが得られる
。

（比較例１および実施例３〜／１．　）市小平均分子♀
が３Ｘ１０”の直鎖状高密度ポリエチレンを１５０℃で
デカリンに溶解し、１．５中量％溶液を調整した。この
溶液を１／１．０℃にＣ孔直径２　ｍｍ、孔数５の口金
から総吐出量１０ＣΩ／分で押出し、１０１１１Ｉｌ長
さの空気雰囲気を通過さＶＣから１５℃の水で冷却し、
７．５ｎ＋／分で引取り、次いで表面温度が８０℃の加
熱ロールで乾燥した。なおここぐ、口金から押出された
各単糸（、Ｌ乾燥にＪ、り完全に脱溶媒されるま゛（・
分離さｃ　ｒある。

次に加熱ロール上で定長で乾燥させた糸条を一旦巻上げ
（−から、第２表に示しＩζ種々の条件での延伸に供し
た。

な１Ｊ−３比較例４は全延伸比が１０倍を越える段（２
段目）において１．４倍を越える延伸比に設定したため
、その後の段で破断が生じ、延伸不能になっＩζ例であ
る。また実施例３〜４は本発明の方法にしたがい、適切
なる条件により非加熱ロールど熱板を組合わせて８段延
伸を行なった例である。

第２表から明らかなように、本発明の方法によれば、全
延伸比を高くでき、高強力高モジュラスの繊維が従来に
ない高速で得られる。

（実施例５） ｍ箱平均分子量が５７．０００のポリオキシメヂレンを
１６０℃でフェノールに溶解し、１５重量％溶液を調整
した。この溶液を１５５℃にて孔直径１１ＩＩＩＩＩ、
孔数５の口金から総数量１５　ＣＣ／分で押出し、８Ｉ
ＩＩＩｌｌ長さの空気雰囲気を通過させてから１５７℃
のエタノール凝固浴で凝固させ１次いで１５℃のエタノ
ール抽出浴でフェノールを十分抽出してから乾燥し、７
．５ｍ／分で巻取った。

次この乾燥糸条を第３表に示した条件での延伸した結果
、強膚１６ｇ／ｄ　、モジュラス２９４ｇ／ｄのＩｌ紺
が得られた。

（発明の効果） 本発明の方法によれば、従来にない高速度で高強力かつ
高モジュラスの特性を有する合成繊維が得られ、−［業
的規模での生産性が極めてすぐれている。したがって本
発明はとくに高強度、高モジュラスが要求される用途に
対し、高品質の合成繊維を安価に提供することができ、
この分野での有用性が極めて期待できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分子鎖長の８５％以上が可撓性鎖からなる結晶性高分子
   を０．５〜２０重量％含有する曳糸性溶液から紡糸した
   未延伸糸条を、まず１０倍以下に延伸した後、ひきつづ
   いてさらに多段延伸し延伸比を高めるに際し、延伸比が
   １０倍を越える延伸段階を、各段延伸比が１．４倍以下
   で、２段以上の多段となるよう分割し、総延伸比が１２
   倍以上となるまで延伸することを特徴とする高強力高モ
   ジュラス繊維の製造方法。