KR20140143747A - 폴리페닐렌설파이드 섬유, 폴리페닐렌설파이드 섬유로 이루어지는 여포 및 폴리페닐렌설파이드 섬유의 제조 방법 - Google Patents

폴리페닐렌설파이드 섬유, 폴리페닐렌설파이드 섬유로 이루어지는 여포 및 폴리페닐렌설파이드 섬유의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인장 강도가 우수한 폴리페닐렌설파이드 섬유 및 장기간의 열처리 하에 있어서도 그 섬유의 터프니스 저하가 적은 인장 강도가 우수한 폴리페닐렌설파이드 섬유를 제공하는 것이며, 본 발명의 폴리페닐렌설파이드 섬유는 중량 평균 분자량 50000 이상 80000 이하의 폴리페닐렌설파이드 수지로 이루어지고, 강직 비결정량이 50% 이상이고, 또한 (111)결정면 방향의 결정자 사이즈가 5nm 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌설파이드 섬유이다.

Description

폴리페닐렌설파이드 섬유, 폴리페닐렌설파이드 섬유로 이루어지는 여포 및 폴리페닐렌설파이드 섬유의 제조 방법{POLYPHENYLENE SULFIDE FIBER, FILTER CLOTH COMPRISING POLYPHENYLENE SULFIDE FIBER, AND METHOD FOR PRODUCING POLYPHENYLENE SULFIDE FIBER}
본 발명은 폴리페닐렌설파이드 섬유에 관한 것이다.
폴리페닐렌설파이드(이하, PPS로 약기하는 경우가 있다) 수지는 뛰어난 내열성, 배리어성, 내약품성, 전기절연성 및 내습열성 등 엔지니어링 플라스틱으로서 바람직한 성질을 갖고 있어 사출 성형이나 압출 성형용을 중심으로 하여 각종 전기 부품, 전자 부품, 기계 부품, 자동차 부품, 필름 및 섬유 등에 사용되고 있다.
예를 들면, 폐가스 집진용의 백필터 등의 각종 산업용 필터에 사용되는 여포에는 PPS 소재가 널리 사용되고 있다. 이러한 여포로서는 PPS 단섬유의 방적사로 제작된 기포에 PPS 단섬유를 적층하고, 이것을 니들 펀칭해서 일체화한 것이 열거된다. 이러한 여포는 폐가스 중의 더스트를 포집하고, 더스트를 포함하지 않는 폐가스를 밖으로 배기하기 위해서 사용되지만, 막힘이 없는 상태를 장기간 계속해서 유지하는 것이 중요하고, 그 때문에 이러한 여포 성능의 장기 수명화가 항상 요구되고 있다.
한편, 여포의 막힘을 억제하여 여포 성능의 장기 수명화를 꾀하기 위해서는 부착된 더스트를 효율적으로 여포로부터 이탈시키는 것이 유효하다. 예를 들면, 백필터에 있어서 여포가 막히면, 소각 설비로부터의 폐가스의 배기를 할 수 없게 되므로, 소각 설비를 정지시키고 여포를 교환하지 않으면 안된다. 즉, 여포가 막히기 전에 더스트를 효율적으로 털어낼 수 있으면 여포의 장기 수명화를 꾀할 수 있고, 소각 설비의 장기 연속 운전이 가능해진다.
백필터에 있어서, 여포에 부착된 더스트를 효율적으로 이탈시키는 방법으로서, 펄스-제트 방식이 채용되는 경우가 많다. 펄스-제트 방식이란 여포의 표면에 부착된 더스트가 축적되지 않는 동안에, 여포에 고속의 기류를 정기적으로 블로잉하여 여포를 진동시켜 여포의 표면에 부착된 더스트를 털어내는 방식이다. 이러한 펄스-제트 방식에 의해, 더스트의 털어냄은 가능하게 되지만, 당연히 외력으로서 가해지는 고속의 기류는 여포의 기계 강도를 경시적으로 저하시키기 쉽다. 정기적으로 외력이 가해졌을 때에, 여포의 기계 강도나 여포의 치수 안정성이 불충분할 경우, 여포가 파단되어 백필터로서의 기능을 달성할 수 없게 된다고 하는 과제가 있다.
종래, PPS 섬유의 기계적 강도나 치수 안정성을 향상시키기 위해서, 여러가지 제안이 이루어지고 있다. 예를 들면, PPS를 용해 방사한 후, 얻어진 미연신사를 PPS의 융점 이하에서 2∼7배로 연신하고, 이어서, PPS의 융점 이상의 온도에서 처리함으로써, 인장 강도, 결절 강도 및 루우프 강도를 높여서 내굴곡 마모 특성 및 내굴곡 피로 특성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, PPS 섬유의 부직포에 있어서, 특정한 권축이 부여된 PPS 섬유를 사용함으로써, 치수 안정성이 우수한 부직포로 하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
한편, 소각 설비의 폐가스는 고온이고, 배기 가스 중에는 PPS를 화학적으로 열화시키는 가스도 포함되어 있다. 즉, 백필터에 사용되는 여포는 가혹한 조건 하에서 사용되고 있고, 장기간 사용하면, 고온 하에서의 화학적인 열화에 의해 여포의 강도가 저하해가는 것이 지적되고 있다. 또한, 인장 강도가 우수한 폴리페닐렌설파이드 섬유는 고온 하에서의 화학적인 열화에 의한 인장 강도의 저하가 억제되는 것이 개시되어 있다(특허문헌 3 참조).
또한, 이 특허문헌의 실시예에서는 Toray Industries, Inc. 제작의 분립체E2280 사용시만을 기재하고 있지만, 이 분립체에서는 화학적인 열화에 의한 인장 강도의 경시적 저하를 억제하는데는 더욱 불충분하다. 요컨대, 백필터로서 사용되는 여포는 기계 강도나 여포의 치수 안정성이 중요하고, 고온 하에서의 화학적인 열화에 대해서는 인장 강도의 경시적 저하를 억제하는 것이 더욱 중요하다고 생각되고 있었다.
일본특허공개 평4-222217호 공보 일본특허 제 2764911호 공보 일본특허공개 2008-266869호 공보
그러나, 본 발명자 등은 백필터 여포로서는 펄스-제트 등에 의해 정기적으로 외력이 가해졌을 때에 파단되지 않는 것이 중요하고, 그것을 위해서는 인장 강도의 경시적 저하를 억제할 뿐만 아니라, 충격을 흡수하기 위해서 인장 신도의 경시적 저하도 억제하는 것도 필요하다. 즉, 고온 하에서의 화학적인 열화에 대해서는 섬유 물성의 인장 강도와 인장 신도의 곱인 터프니스의 경시적 저하를 억제하는 것이 중요한 것을 발견했다. 즉, 장기간의 사용에 의한 여포의 터프니스의 저하를 억제하기 위해서는 고온 하에서의 화학적인 열화에 의한 터프니스의 경시적 저하가 일어나기 어려운 PPS 섬유가 필요하다고 생각되었지만, 종래의 기술에서는 고온 하에서의 화학적인 열화에 의한 터프니스의 경시적 저하를 억제하기 위해서는 아직 불충분했다.
따라서, 본 발명은 백필터로서 바람직하게 사용되는 고온 하에서의 화학적인 열화에 대하여 인장 강도 및 터프니스의 경시적 저하가 억제된 PPS 섬유를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
즉, 본 발명은 중량 평균 분자량 50000 이상 80000 이하의 폴리페닐렌설파이드 수지로 이루어지고, 강직 비결정량이 50% 이상이고, 또한 (111)결정면 방향의 결정자 사이즈가 5nm 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌설파이드 섬유이다.
본 발명의 폴리페닐렌설파이드 섬유의 바람직한 형태에 의하면, 인장 강도는 5.0cN/dtex 이상이고, 또한 180℃의 온도에서 24주간 열처리 후의 터프니스 저하율은 30% 이하이다.
본 발명에 있어서는 상기의 폴리페닐렌설파이드 섬유를 이용하여, 여포를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 폴리페닐렌설파이드 섬유의 제조 방법은 중량 평균 분자량 50000 이상 80000 이하의 폴리페닐렌설파이드 수지를 280℃ 이상 340℃ 이하에서 용융해서 방사 구금으로부터 방출하고, 500m/분 이상 5000m/분 이하의 인취 속도로 미연신사를 채취하고, 이어서 미연신사를 2배 이상 4배 이하로 열연신하고, 190℃ 이상 270℃ 이하에서 4초 이상 12초 이하로 정장(定長) 열처리를 행한 후, 50℃ 이상 150℃ 이하에서 5분 이상 60분 이하로 이완 열처리를 행하여 권축 부여해서 소정의 길이로 절단하는 것을 특징으로 한다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 백필터로서 바람직하게 사용되는 고온 하에서의 화학적인 열화에 대하여 인장 강도 및 터프니스의 경시적 저하가 억제된 PPS 섬유를 얻을 수 있다.
본 발명 폴리페닐렌설파이드 섬유는 중량 평균 분자량 50000 이상 80000 이하의 폴리페닐렌설파이드 수지로 이루어지고, 강직 비결정량이 50% 이상이고, 또한 (111)결정면 방향의 결정자 사이즈가 5nm 이상인 폴리페닐렌설파이드 섬유이다.
본 발명에서 사용되는 PPS는 반복단위로서, 하기의 구조식(I)으로 나타내어지는 p-페닐렌설파이드 단위나 m-페닐렌설파이드 단위 등의 페닐렌설파이드 단위를 함유하는 폴리머를 의미한다.
Figure pct00001
PPS는 호모 폴리머 또는 p-페닐렌설파이드 단위와 m-페닐렌설파이드 단위의 양자를 갖는 공중합체이어도 되고, 또한 본 발명의 효과를 손상하지 않는 한, 다른 방향족 설파이드와의 공중합체 또는 혼합물이어도 상관없다.
본 발명에서 사용되는 PPS 수지로서는 내열성이나 내구성의 관점으로부터는 상기의 구조식(I)으로 나타내어지는 반복단위로 이루어지는 p-페닐렌설파이드 단위를 바람직하게는 70몰% 이상, 더욱 바람직하게는 90몰% 이상 포함하는 PPS 수지가 바람직하게 사용된다. 이 경우, PPS 수지 중의 그 밖의 공중합 성분이 m-페닐렌설파이드 단위나 다른 방향족 설파이드 단위인 것이 바람직하다.
PPS 수지의 시판품으로서는 Toray Industries, Inc.의 "TORELINA"(등록상표)나 Polyplastics Co., Ltd. 제작의 "FORTRON"(등록상표) 등이 열거된다.
본 발명의 PPS 섬유를 형성하는 PPS 수지의 중량 평균 분자량은 50000 이상 80000 이하로 하는 것이 중요하고, 중량 평균 분자량은 바람직하게는 50500 이상이고, 더욱 바람직하게는 51000 이상이다. 또한, 바람직하게는 70000 이하이고, 600000 이하이다.
중량 평균 분자량이 50000 미만인 PPS 수지를 사용한 경우, 후술하는 바와 같이, 바람직한 강직 비결정량이나 (111)결정자 사이즈로 하는 것이 곤란해지고, 장기 열처리시의 내열성이 뒤떨어지는 섬유가 된다. 한편, 중량 평균 분자량이 80000을 초과하는 PPS 수지를 사용하면, 용융시의 점도가 지나치게 높아서, 실의 끊어짐 등 방사 불량이 발생하여 양질의 섬유를 얻는 것이 곤란하게 된다.
섬유의 강도를 발현시키기 위해서는 섬유의 결정량을 증가시키는 것이 효과적이다. 결정량의 확인에는 일반적으로 DSC만을 이용하여 융해 열량으로부터 산출하는 방법이 열거된다. 그러나, PPS 섬유를 연신할 때에 미연신 부분을 잔존시키지 않고 연신해서 얻어진 섬유는 강도에서 명확한 차를 확인할 수 있을 경우라도 DSC의 융해 열량에 명확한 차는 보이지 않는 경우가 많다. 따라서, 본 발명자들은 결정화도를 대신하는 것으로서, 강직 비결정량이 섬유의 강도의 발현에 기여하고 있는 것을 발견했다.
강직 비결정이란 고분자의 결정과 완전 비결정의 중간 상태를 나타내고, 섬유에서는 결정부와 같이 강도를 발현하는 요인의 하나이고, 강도나 내구성 등에 명확한 관계성이 보이는 것이 확인되었다. 강직 비결정량을 증가시킴으로써, 종래 원면과의 대비에 있어서, 내구성 및 내열성이 우수한 섬유를 얻는 것이 가능한 것을 발견했다.
또한, 본 발명의 PPS 섬유는 강직 비결정량이 50% 이상인 것이 중요하고, 강직 비결정량은 바람직하게는 55% 이상이다. 강직 비결정량이 50% 미만에서는 후술하는 바와 같이, 터프니스의 유지 성능을 얻는 것이 곤란하게 된다. 한편, PPS 섬유에 있어서의 내부 구조로서 달성할 수 있는 강직 비결정량의 상한값은 65% 부근이라고 생각된다.
또한, 본 발명에 있어서, (111)결정자 사이즈는 광각 X선 회절법에 의해 구해지고, 강직 비결정량과 마찬가지로 섬유의 강도와 밀접하게 관계되고 있는 것을 발견했다.
본 발명의 PPS 섬유에 있어서, (111)결정면 방향의 결정자 사이즈는 5nm 이상으로 하는 것이 중요하고, 바람직하게는 5.2nm 이상이고, 더욱 바람직하게는 5.4nm 이상이다. (111)결정면 방향의 결정자 사이즈가 5nm 미만에서는 후술하는 바와 같은 터프니스의 유지 성능을 얻는 것이 곤란하게 된다. 한편, PPS 섬유에 있어서의 내부 구조로서 달성할 수 있는 (111)결정면 방향의 결정자 사이즈의 상한값으로서는 8nm 이하인 것이 바람직하다. 결정자 사이즈를 바람직하게는 8nm 이하, 보다 바람직하게는 7nm 이하로 함으로써, 극단적으로 점도가 높은 수지를 필요로 하지 않고, 실의 끊어짐 등의 방사성 불량의 발생을 억제할 수 있어 양질의 섬유를 얻을 수 있다.
본 발명의 PPS 섬유를 얻기 위해서는 강직 비결정량이 50% 이상인 것과, (111)결정면 방향의 결정자 사이즈가 5nm 이상인 것을 동시에 충족시킬 필요가 있다. 강직 비결정량이 50% 이상이어도 (111)결정자 사이즈가 5nm를 만족하지 않는 경우, 또는 (111)결정자 사이즈가 5nm를 만족하여도 강직 비결정량이 50% 미만인 경우에는 터프니스의 유지 성능이 낮고, 내구성이 열악하기 때문에 본 발명의 목적이 되는 섬유를 얻을 수 없다.
본 발명의 PPS 섬유의 인장 강도는 5.0cN/dtex 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5.2cN/dtex이고, 더욱 바람직하게는 5.3cN/dtex 이상이다. 인장 강도가 5.0cN/dtex 미만에서는 본 발명의 장기 고온 하의 사용에 견딜 수 있는 PPS 섬유를 얻을 수 없을 경우가 있다.
또한, 180℃의 온도에서 24주간 열처리 후의 터프니스 저하율은 30% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 28% 이하이고, 더욱 바람직하게는 25%이다. 30%를 상회하는 저하율의 PPS 섬유에서는 본 발명의 장기 고온 하의 사용에 견딜 수 있는 PPS 섬유라고는 말할 수 없는 경우가 있다. 또한, 특허문헌 3에서는 장기간 사용시의 화학적인 열화에 의한 인장 강도의 지표로서, 200℃의 온도에서의 2000시간 처리가 채용되고 있지만, 실제로 백필터가 사용되는 온도 영역은 160∼180℃이고, 백필터의 사용 시간도 수년에 이른다. 그 때문에 본 발명에 있어서의 180℃의 온도에서 24주간(약 4000시간) 열처리 후의 터프니스 저하율은 본래의 화학적 열화에 의한 인장 강도의 평가 지표가 될 수 있는 것이다.
본 발명자 등은 후술하는 바와 같이, 종래에는 입수되지 않았던 강직 비결정량이 50% 이상이고 (111)결정자 사이즈가 5nm 이상인 PPS 섬유를 얻을 수 있었다. 그리고, 특정한 강직 비결정량 및 특정한 (111)결정자 사이즈의 PPS 섬유를 사용함으로써, 180℃의 온도에서 24주간 열처리 후의 터프니스 저하율을 바람직하게 할 수 있는 것을 발견했다. 즉, 본 발명자 등은 강직 비결정량이 50% 미만 또는 (111)결정자 사이즈가 5nm 미만인 PPS 수지를 이용하여도, 180℃의 온도에서 24주간 열처리후의 터프니스 저하율을 30% 이하인 PPS 섬유를 얻을 수는 없지만, 놀랍게도 강직 비결정량이 50% 이상이고 (111)결정자 사이즈가 5nm 이상인 PPS 수지로 이루어지는 섬유를 사용하면, 180℃의 온도에서 24주간 열처리 후의 터프니스 저하율을 30% 이하인 PPS 섬유를 얻을 수 있는 것을 발견한 것이다.
다음에 본 발명의 PPS 섬유를 제조하는 방법의 예에 관하여 설명한다.
상기한 바와 같은 중량 평균 분자량 50000 이상 80000 이하의 PPS 수지를 용융하고, 방사 구금로부터 방출하고, 바람직하게는 500m/분 이상의 방사 속도, 보다 바람직하게는 600m/분 이상의 방사 속도로 미연신사를 채취한다. 인취 속도를 500m/분 이상으로 함으로써 배향이 어느 정도 진행되고, 상기한 바와 같은 강직 비결정량이나 (111)결정자 사이즈를 얻기 쉬워진다. 방사 속도의 상한으로서는 5000m/분 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 4000m/분 이하이다.
이어서, 얻어진 미연신사를 열연신한다. 열연신은 통상, 온도가 90∼98℃인 온수 중에서 행해지고, 바람직하게는 2∼4배, 보다 바람직하게는 3∼4배의 연신 배율이 채용된다. 온수 이외의 연신시의 가온 방법으로서는 건열이나 스팀 등이 열거된다.
열연신 후, 정장 열처리를 행함으로써, 섬유의 결정화가 더욱 진행되고, 또 강직 비결정량도 증가한다. 종래의 정장 열처리는 사조의 길이를 실질적으로 일정하게 유지해서 열처리를 실시하는 것을 말하고, 통상 주속도가 실질적으로 동일한 복수의 롤러 사이에서 일정 길이로 하고, 상기 롤러의 적어도 일부를 가열 롤러로 하고, 또한 별도 가열 수단을 설치함으로써 가열 처리를 실시하는 것이다. 본 발명의 정장 열처리는 반드시 종래의 정장 열처리와 같이 사조의 길이를 실질적으로 일정하게 유지할 필요가 없고, 0.90∼1.10배이어도 상관없다. 바람직하게는 0.95∼1.05배이고, 더욱 바람직하게는 0.99∼1.01배이다. 또한, 복수의 롤러 사이 모두에 있어서 0.9∼1.1배가 아니어도 되고, 0.9배 미만이나 1.1배를 초과하는 롤러 사이가 존재해도 상관없다.
본 발명자 등은 특정한 중량 평균 분자량의 PPS 수지로 이루어지는 섬유에 정장 열처리를 실시함으로써 강직 비결정량이나 (111)결정자 사이즈를 바람직하게 할 수 있는 것을 발견했다. 즉, 본 발명자들은 중량 평균 분자량 50000 미만의 PPS 수지로 이루어지는 섬유에 정장 열처리를 실시해도 강직 비결정량이 50% 이상이고 (111)결정자 사이즈가 5nm 이상인 PPS 섬유는 얻어지지 않지만 놀랍게도, 중량 평균 분자량이 50000 이상인 PPS 수지로 이루어지는 섬유에 정장 열처리를 실시하면, 강직 비결정량이 50% 이상이고 (111)결정자 사이즈가 5nm 이상인 PPS 섬유가 얻어지는 것을 발견했다. 정장 열처리 온도는 190℃ 이상 270℃ 이하인 것이 바람직하다. 정장 열처리 온도를 바람직하게는 190℃ 이상, 보다 바람직하게는 200℃ 이상, 더욱 바람직하게는 220℃ 이상으로 함으로써, 중량 평균 분자량 50000 이상의 PPS 수지로 이루어지는 섬유에, 상술한 바와 같은 강직 비결정량이나 (111)결정자 사이즈를 바람직하게 부여할 수 있다. 한편, 정장 열처리 온도를 바람직하게는 270℃ 이하, 보다 바람직하게는 240℃ 이하로 함으로써, 섬유 간의 유사 접착을 바람직하게 억제할 수 있다.
또한, 정장 열처리 시간은 5초간 이상인 것이 바람직하다. 정장 열처리 시간을 5초간 이상으로 함으로써 섬유의 결정화가 촉진된다. 정장 열처리 시간이 5초 미만에서는 충분한 강직 비결정량이나 (111)결정자 사이즈를 얻을 수 없는 경우가 있다. 한편, 정장 열처리 시간이 지나치게 길어도, 섬유의 결정성의 정도는 포화되므로, 정장 열처리 시간의 상한값으로서는 12초간 정도가 바람직하다. 이어서, 정장 열처리 후에 이완된 사조를 스터핑 박스형 크림퍼 등을 이용하여 권축 부여한다. 또한, 그 때, 스팀 등에 의해 권축을 열고정해도 된다. 이미 정장 열처리에 의해 결정화하고 있는 PPS 섬유의 사조에 권축 상태를 고정하기 위해서는 권축 부여시의 온도로서, 정장 열처리 온도 이상의 온도를 채용하는 것이 중요하지만 스팀 온도가 지나치게 높으면, 섬유끼리의 융착이 발생하는 경우가 있다.
그 후, 필요에 따라 유제를 원면량에 대하여 바람직하게는 0.01∼3.0질량% 부여하고, 이완 열처리를 바람직하게는 50∼150℃의 온도에서 5∼60분간 행한다. 그리고, 소정의 길이로 절단해서 PPS 단섬유를 얻는다. 이들 공정의 순서는 필요에 따라서 변경되어도 된다.
이렇게 얻어지는 PPS 단섬유는 통상, 단섬유 섬도가 0.01∼20dtex 정도이고, 인장 강도가 5.0cN/dtex 이상, 바람직하게는 5.3cN/dtex 이상, 인장 신도가 10∼100%, 바람직하게는 20∼60%이고, 백필터용의 여포로서 바람직하게 사용된다.
백필터용의 여포로서는 통상, 부직포의 형태가 채용된다. 부직포는 습식, 니들 펀치 및 및 워터·제트 펀치 등의 부직포 제조법에 의해 얻을 수 있다. 부직포의 제법에 따라서, 사용되는 PPS 단섬유의 단섬유 섬도나 섬유 길이를 결정한다. 예를 들면, 습식법에서는 0.01∼1dtex와 같은 세섬도이고, 0.5∼15mm 정도의 섬유 길이의 단섬유가 요구되고, 니들 펀치법에서는 섬도 2∼15dtex, 섬유길이 38∼76mm의 단섬유가 요구되는 경우가 많다. 본 발명의 PPS 단섬유는 부직포 이외에도, 일단 방적사로 하고, 그 방적사를 이용하여 직물이나 편물 등의 직물로 할 수도 있다.
(실시예)
[측정 방법]
(1) 인장 강도와 인장 신도
인장 시험기(ORIENTEC Co., LTD. 제작 "TENSILON")를 이용하여, JIS L1015(2010) 기재의 방법에서 의해, 시료 길이 2cm, 인장 속도 2cm/분의 조건으로 응력 변형 곡선을 구하고, 이들로부터 절단시의 인장 강도와 인장 신도를 구했다.
(2) 터프니스
상기 (1)에서 얻어진 인장 강도(cN/dtex)과 인장 신도(%)를 사용하고, 다음 식에 의해 터프니스를 구했다.
·터프니스 = 인장 강도 × (인장 신도)1/2
(3) 터프니스 저하율
측정 대상의 PPS 섬유에 대해서, 장기 열처리전의 터프니스 a와 장기 열처리 후의 터프니스 b를 상기(1)과 (2)에 의해 측정했다. 장기 열처리는 열풍 건조기에 의해 180℃의 온도에서 24주간 실시했다. 장기 열처리 전후의 터프니스 a와 b로부터, 다음식에 의해 터프니스 저하율을 산출했다.
·터프니스 저하율(%) = ((a-b)/a)×100
a : 장기 열처리 전의 터프니스
b : 180℃의 온도에서 24주간 처리한 후의 터프니스
(4) 중량 평균 분자량의 측정 방법
PPS의 중량 평균 분자량은 사이즈 배제 크로마토그래피(SEC)의 일종인 겔투과 크로마토그래피(GPC)에 의해, 폴리스티렌 환산으로 산출했다. GPC의 측정 조건을 다음에 나타낸다.
·장치 : Senshu Scientific co., ltd. 제작 SSC-7100
·칼럼명 : Senshu Scientific co., ltd. 제작 GPC3506
·용리액 : 1-클로로나프탈렌
·검출기 : 시차 굴절률 검출기
·칼럼 온도 : 210℃
·프리 항온조 온도 : 250℃
·펌프 항온조 온도 : 50℃
·검출기 온도 : 210℃
·유량 : 1.0mL/min
·시료 주입량 : 300μL(슬러리 형상 : 약 0.2중량%).
(5) 강직 비결정량
TA Instruments사 제작의 시차 주사 열량 측정(DSC) Q1000을 사용하고, 이하의 조건으로 측정하고, 융해 열량(ΔHm)과 냉결정화 열량(ΔHc)을 구했다. ΔHm 및 ΔHc는 측정에 의해 얻어진 차트의 피크의 최대값으로 했다. 동일 기기의 온도 변조 DSC를 이하의 조건으로 측정하고, 얻어진 차트의 유리 전이 온도(Tg) 전후의 베이스 라인에 보조선을 긋고, 그 차를 비열차(ΔCp)로 하고, 다음 식(1)에 의해 융해 열량(ΔHm)과 냉결정화 열량(ΔHc)의 차를 완전 결정 PPS의 융해 열량(ΔHm0)으로 나누고, 결정화도(Xc)를 구했다. 또한, 다음 식(2)에 의해, Tg 전후에서의 비열차(ΔCp)를 완전 비결정 PPS의 Tg 전후에서의 비열차로 나누어 가동 비결정량(Xma)을 구했다. 또한, 다음 식(3)에 의해, 전체로부터의 결정화도(Xc)와 가동 비결정량 (Xma)의 차로부터 강직 비결정량(Xra)을 산출했다.
<DSC>
·분위기 : 질소류(50mL/분)
·온도·열량교정 : 고순도 인듐
·비열교정 : 사파이어
·온도 범위 : 0∼350℃
·승온 속도 : 10℃/분
·시료량 : 5mg
·시료 용기 : 알루미늄제 표준 용기
<온도 변조 DSC>
·분위기 : 질소류(50mL/분)
·온도·열량 교정 : 고순도 인듐
·비열교정 : 사파이어
·온도 범위 : 0∼250℃
·승온 속도 : 2℃/분
·시료량 : 5mg
·시료 용기 : 알루미늄제 표준 용기
·Xc(%) = (ΔHm - ΔHc)/ΔHm0 × 100 (1)
·Xma(%) = ΔCp/ΔCp0 × 100 (2)
·Xra(%) = 100 - (Xc + Xma) (3)
여기서,
ΔHm0 : 완전 결정 PPS의 융해 열량(146.2J/g)
ΔCp0 : 완전 비결정 PPS의 Tg전후에서의 비열차(0.2699J/g℃).
(6) (111)결정면 방향의 결정자 사이즈
길이 4cm로 절단한 PPS 섬유의 시료를 20mg 칭량하고, 시료의 섬유축을 가지런히 정돈해서 묶고, 광각 X선 회절법(투과법)으로 측정했다. 측정 조건을 다음에 나타낸다.
·X선 발생 장치 : Rigaku Corporation 제작 4036A 2형
X선원 : CuKα선(Ni 필터 사용)
출력 : 40kV-20mA
·고니오미터 : Rigaku Corporation 제작 2155D형
슬릿 : 2mmφ폭 1°높이 1°
검출기 : 신틸레이션 카운터
·어태치먼트 : Rigaku Corporation 제작 섬유 시료대
·계수 기록 장치 : Rigaku Corporation 제작 RAD-C형
·스캔 방식 : 2θ-θ스텝 스캔
측정 범위(2θ) : 5∼60°
측정 스텝(2θ) : 0.05°
계수 시간 : 2초
·스캔 방식 : β스텝 스캔
회절 피크 : 2θ=20°부근
측정 범위(2θ) : 90∼270°
측정 스텝(2θ) : 0.5°
계수 시간 : 2초
광각 X선 회절의 측정 결과로부터, 다음 식을 이용하여 결정자 사이즈를 산출했다.
·결정자 사이즈(nm) = λ/βcosθ
여기에, λ, β, βe 및 βo는 다음과 같다.
λ = 0.15418nm
β = (βe2-βo2)1/2
βe : 회절 피크의 반치폭
βo : 반치폭의 보정값(0.6°)
[실시예 1]
Toray Industries, Inc. 제작 PPS 분립체 E2180(중량 평균 분자량 : 51500)을 2축 방식의 벤트 부착 익스트루더(The Japan Steel Works, LTD. 제작 TEX30형)로 진공도 1.3kPa, 실린더 온도 290℃로 설정하고, 160rpm의 스크류 회전으로 용융하고, 원형의 구멍(구멍 면적 : 15.9mm2)으로부터 압출하고, 스트랜드 커터에 의해 길이 3mm로 절단함으로써 펠릿을 얻었다. 얻어진 펠릿에 대해서, 160℃의 온도에서 5시간 진공 건조를 행했다.
상기한 바와 같이 해서 얻어진 펠릿을 익스트루더형 방사기에 공급하고, 방사 온도 320℃, 토출량 400g/분으로 용해 방사하고, 인취 속도 800m/분으로 인취하여 미연신사를 얻었다. 얻어진 미연신사를 온도 95℃의 온수 중에서 연신 배율을 3.4배로 하여 연신을 행하고, 정장 열처리 온도 240℃에서 9초간 처리를 행한 후, 스터핑 박스형 크림퍼로 권축을 부여하고, 건조를 행하여 유제를 부여 후, 절단해서 PPS 단섬유를 얻었다.
[실시예 2]
정장 열처리 온도를 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 단섬유를 얻었다.
[실시예 3]
정장 열처리 시간을 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 PPS 섬유를 얻었다.
[실시예 4]
수지 중량 평균 분자량 및 열연신 배율, 정장 열처리 시간을 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 섬유를 얻었다.
[실시예 5]
수지 중량 평균 분자량을 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 섬유를 얻었다.
[비교예 1]
수지 중량 평균 분자량을 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 섬유를 얻었다.
[비교예 2]
정장 열처리 온도를 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 섬유를 얻었다.
[비교예 3]
수지 중량 평균 분자량 및 정장 열처리 온도와 시간을 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 섬유를 얻었다.
[비교예 4]
수지 중량 평균 분자량 및 연신 배율을 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 섬유를 얻었다.
[비교예 5]
수지 중량 평균 분자량 및 정장 열처리 시간을 표 1과 같이 변경한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 섬유를 얻었다.
상기한 바와 같이 해서 얻어진 각 PPS 섬유에 대해서, 상기의 [측정 방법]으로 측정한 결과를 다음의 표 1에 나타낸다.
Figure pct00002

Claims (4)

  1. 중량 평균 분자량 50000 이상 80000 이하의 폴리페닐렌설파이드 수지로 이루어지고, 강직 비결정량이 50% 이상이고, 또한 (111)결정면 방향의 결정자 사이즈가 5nm 이상인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌설파이드 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    폴리페닐렌설파이드 섬유의 인장 강도가 5.0cN/dtex 이상이고, 또한 180℃의 온도에서 24주간 열처리 후의 터프니스 저하율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌설파이드 섬유.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 폴리페닐렌설파이드 섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 여포.
  4. 중량 평균 분자량 50000 이상 80000 이하의 폴리페닐렌설파이드 수지를 280℃ 이상 340℃ 이하에서 용융해서 방사 구금으로부터 방출하고, 500m/분 이상 5000m/분 이하의 인취 속도로 미연신사를 채취하고, 이어서 미연신사를 2배 이상 4배 이하로 열연신하고, 190℃ 이상 270℃ 이하에서 4초 이상 12초 이하로 정장 열처리를 행한 후, 50℃ 이상 150℃ 이하에서 5분 이상 60분 이하로 이완 열처리를 행하여 권축 부여하고, 소정 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌설파이드 섬유의 제조 방법.
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