KR920008539B1 - Producing process of full aromatic polyamide fibers - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 사용되는 방사장치의 전체적 개략도.1 is an overall schematic diagram of a spinning apparatus used in the present invention.
제2도는 본 발명에 사용되는 방사구금의 확대종단면도.Figure 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the spinneret used in the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 펌프 2 : 방사원액이송관1: Pump 2: Spinning solution transfer pipe
3 : 탈포관 4 : 탈포기3: defoaming pipe 4: defoaming machine
5 : 교반기 6 : 방사원액5: stirrer 6: spinning stock solution
7 : 필터 8 : 방사블록7: filter 8: spinning block
9 : 구금 10 : 구금유입구9: detention 10: detention inlet
11 : 오리피스 12 : 유도관11
13 : 필라멘트 14 : 응고욕조13: filament 14: coagulation bath
15 : 응고욕 16 : 응고욕공급관15: coagulation bath 16: coagulation bath supply pipe
17 : 응고욕배출구 18 : 가이드17: coagulation bath outlet 18: guide
19 : 수세장치 20 : 건조장치19: washing device 20: drying device
21 : 권취기 22 : 공기층21: winder 22: air layer
본 발명은 폴리 파라페닐렌 테레프탈아미드계 합성섬유, 즉 전방향족 폴리아미드의 필라멘트상 장섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면 고강도 및 고탄성의 물성을 가지면서 방사성이 우수한 전방향족 폴리아미드계 합성섬유의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing poly paraphenylene terephthalamide-based synthetic fibers, ie, filamentary long fibers of wholly aromatic polyamides, and more specifically, to a wholly aromatic polyamide having high strength and high elasticity and excellent spinning properties It relates to a method for producing a synthetic fiber.
종래의 정방향족 폴리아미드계 장섬유의 제조방법중에서 미국특허 4,298,565에서는 젯트(Jet)방사할 수 있는 응고욕조의 장치에 대해서 일본특공 소 59-50763에서는 응고욕조내의 스핀 튜브(Spin Tube)의 형태 및 크기에 대해서, 일본특개 소 57-121617에서는 젯트 건, 습식방사(Jet Dry-Wet Spining)방법에 대하여 소개하고 있으나, 이들은 장시간 방사하면 구금하단면의 오리피스(Orifice)끝단에 방사원액이 소량씩 고화되고 이것이 인접한 오리피스까지 확대되어 방사시 절사가 많이 발생되는 문제점이 있었다.In the conventional method for producing the aromatic polyamide-based long fibers, US Patent No. 4,298,565 discloses a device of a solidification bath capable of jet spinning, and in Japanese Patent Application No. 59-50763, the shape of the spin tube in the solidification bath and In terms of size, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-121617 introduces the jet gun and the Jet Dry-Wet Spining method, but these solidify a small amount of the radiation source at the end of the orifice at the end of detention after prolonged spinning. This has been a problem that a lot of cutting occurs during radiation is extended to the adjacent orifice.
또 미국특허 3,869,429, 미국특허 3,869,430도 동일한 문제점을 내포하고 있다. 따라서 종래의 방법으로 얻어지는 섬유는 방사성이 떨어져 권취공정이 불안정하고 생산성 향상의 저하와 더불어 수세, 건조시 모우 및 피브릴(fibril)이 발생되어 섬유물성의 저하를 초래하였다. 본 발명은 종래의 문제점을 해소하고 고유점도 4.5이상, 강도 20g/d이상, 초기탄성율 550g/d이상의 우수한 물성을 갖는 전방향족 폴리아미드의 필라멘트상 합성섬유를 제조하는데 그 목적이 있다.In addition, US Patent 3,869,429, US Patent 3,869,430 also has the same problem. Therefore, the fiber obtained by the conventional method is unstable, the winding process is unstable, the productivity improvement and the wool and fibril during water washing and drying, resulting in a decrease in the fiber properties. The present invention aims to solve the conventional problems and to produce filamentary synthetic fibers of wholly aromatic polyamides having excellent physical properties of intrinsic viscosity of 4.5 or more, strength of 20 g / d or more, and initial elastic modulus of 550 g / d or more.
이하 본 발명을 보다 더 상세히 설명하면 방향족디아민과 방향족 디에시드 클로라이드를 등 몰량 저온중합시켜 폴리 파라페닐렌테레프탈 아마이드를 공지의 방법으로 제조한 다음, 황산농도의 범위가 95% 이상 100.1% 이하의 범위에 있는 용매와 고유점도 5.0이상의 폴리 파라페닐렌테레프탈 아마이드계 폴리마(Polymer)를 균일하게 혼합하면서 열을 가하여 방사원액을 제조한다. 이때 용매에 대한 폴리마의 함유량이 8-21중량%의 범위내에 있도록 하여야만 액정상의 방사원액을 갖게되고 최종섬유제조시 물성이 우수한 전방향족 폴리아미드계 합성섬유를 제조할 수 있게 된다. 액정상 방사원액은 전단력하에서 난반사시키면 진주빛(젖빛)상태의 광택이 보여지며 본 분자의 결합쇄는 각 방향족환의 동축방향 또는 평행축방향으로 자유로이 연신이 가능하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The polyparaphenylene terephthalamide is prepared by a known method by low temperature polymerization of aromatic diamine and aromatic dieside chloride, and the sulfuric acid concentration is in the range of 95% or more and 100.1% or less. A spinning stock solution was prepared by applying heat while uniformly mixing a poly paraphenylene terephthalamide amide based polymer having an intrinsic viscosity of 5.0 or more. At this time, the content of the polymer to the solvent must be within the range of 8-21% by weight to have a spinning liquid solution in the liquid crystal, and to produce a wholly aromatic polyamide-based synthetic fiber having excellent physical properties in manufacturing the final fiber. When the liquid crystal phase spinning solution is diffusely reflected under shear force, the pearly (frosted) luster is seen, and the binding chain of the molecule can be freely stretched in the coaxial or parallel axis direction of each aromatic ring.
폴리머의 고유점도가 1.0이상이면 일반적으로 액정성을 나타낼 수 있으나 고강도, 고탄성의 물성을 갖기 위해서는 5.0이상의 고유점도를 폴리머를 사용하여 방사원액으로 제조하여야만 된다. 폴리머의 용매인 농황산이 농도범위는 95-100.1%가 적당하며, 구체적으로는 폴리머의 고유점도나 방사원액에 용해되는 폴리머의 농도에 의하여 선정하여야 한다. 농황산농도가 95% 미만이 되면 폴리머의 용해성이 나쁘고, 액정성의 발현이 힘들어지며, 또 적당한 방사원액의 생성이 방해되어서 방사원액의 점도가 상승하고 그 결과 이송하거나 여과시 공정이 어려워질 뿐만 아니라 얻어진 최종섬유의 기계적성질이 떨어진다. 반대로 농황산의 농도가 100.1%를 초과하면 SO3를 함유하는 발연황산에서 SO2의 량이 과다해져서 취급상 바람직하지 않을 뿐만 아니라 폴리머의 부분적용해가 일어나기 때문에 방사원액으로는 부적당하여 방사를 하기 어렵게 된다.When the intrinsic viscosity of the polymer is 1.0 or more, it may generally exhibit liquid crystallinity, but in order to have high strength and high elasticity, the intrinsic viscosity of 5.0 or more must be prepared as a spinning solution using a polymer. The concentration range of concentrated sulfuric acid, which is a solvent of the polymer, is 95-100.1%, and it should be selected based on the intrinsic viscosity of the polymer or the concentration of the polymer dissolved in the spinning solution. When the concentration of concentrated sulfuric acid is less than 95%, the solubility of the polymer is poor, the expression of liquid crystal is difficult, and the production of a suitable spinning stock solution is hindered, so that the viscosity of the spinning stock solution is increased, and as a result, the process is difficult to be transferred or filtered. The mechanical properties of the final fiber are poor. On the contrary, when the concentration of concentrated sulfuric acid exceeds 100.1%, the amount of SO 2 in the fuming sulfuric acid containing SO 3 becomes excessive, which is not preferable for handling, and the partial application of the polymer occurs, which makes the spinning solution unsuitable for spinning. .
뿐만 아니라 비록 방사하여 얻어진 섬유도 섬유의 내부구조가 치밀하지 않고 외관상 광택이 없으며 응고욕으로 확산되는 황산의 속도가 떨어져 섬유의 기계적 성질이 떨어지기 때문에 용매인 황산의 농도는 95-100.1%의 범위가 가장 바람직하다. 얻어진 방사원액으로 물성 및 방사성이 우수한 최종 장섬유를 제조하기 위해서 방사원액이 토출되는 오리피스(Orifice)의 좌,우단에 유도관을 설치하고, 상기 유도관을 통하여 고화방지액을 분사함으로서 토출되는 방사액이 오리피스 끝단에서 고화되어 절사의 원인이 되는 것을 방지하였다. 알려진 바와 같이 방사원액 제조시에 발생된 기포나 불순물등을 완전히 제거한 다음 일정한 온도로 이송하여야만 방사원액의 안정화를 기할 수 있으며 최종섬유의 물성을 향상시킬 수 있다.In addition, although the fiber obtained by spinning has a dense internal structure of the fiber, does not have a gloss in appearance, and the speed of sulfuric acid diffused into the coagulation bath decreases, the mechanical properties of the fiber decrease, so that the concentration of sulfuric acid as a solvent is in the range of 95-100.1%. Most preferred. In order to produce the final long fibers having excellent physical properties and spinning properties with the obtained spinning stock solution, induction pipes are installed at the left and right ends of the orifice from which the spinning stock solution is discharged, and the spinning is discharged by spraying the anti-solidification liquid through the induction pipe. The liquid was prevented from solidifying at the end of the orifice and causing the cutting. As is known, it is necessary to completely remove bubbles or impurities generated during spinning spinning solution at a constant temperature to stabilize the spinning spinning solution and to improve the physical properties of the final fiber.
본 발명에 사용되는 구금의 오리피스 직경은 0.05-0.1㎜이고, L/D(구금오리피스의 길이/구금오리피스의 직경의 비)는 2.0-4.0이 바람직하다. 방사시의 방사성은 방사원액의 안정화와 구금 및 방사분위기 온도에 많은 영향을 받는다. 즉 동일한 방사원액과 구금의 조건에서 절사의 가장 큰 원인은 70-80℃의 구금온도가 10℃부근의 저온을 유지하는 응고욕의 영향을 받아 공기층의 방사분위기 온도가 낮아지기 때문이다.The orifice diameter of the cage used in the present invention is 0.05-0.1 mm, and L / D (ratio of the length of the cage orifice / diameter of the cage orifice) is preferably 2.0-4.0. Radioactivity during spinning is strongly influenced by the stabilization of the spinning stock and the temperature of detention and spinning atmosphere. That is, the biggest cause of the loss in the conditions of the same spinning stock solution and detention is that the temperature of the atmosphere in the air layer is lowered by the influence of the coagulation bath keeping the temperature of detention at 70-80 ° C near 10 ° C.
따라서 본 발명에서는 제2도에 도시한 바와 같이 오리피스의 끝부분에 유도관을 설치하여서 응고욕 온도보다는 30℃이상 높으며, 구금에서 방사되는 방사원액온도와 같거나 낮은 온도를 유지하는 물 또는 황산을 20중량%이하 함유시킨 수용액을 방사원액의 방사속도보다 늦거나 같게 분사하였다. 이렇게 함으로서 절사나 흔들림없이 방사성 및 생산, 조업성이 안정된 장섬유를 얻을 수 있었으며 방사원액내 용매를 응고욕에서 신속히 그리고 균일하게 확신시켜 섬유의 형태를 안정화시킬 수 있었다. 또 일정한 간격의 공기층에서 섬유의 배향이 형성되어 우수한 물성의 장섬유를 얻을 수 있도록 하기 위하여 응고욕상면과 구금하단면과의 공기층 간격을 1㎜이상, 바람직하기로는 3.0-15㎜로 하였다.Therefore, in the present invention, by installing an induction tube at the end of the orifice as shown in Figure 2, the water or sulfuric acid that is 30 ℃ higher than the coagulation bath temperature, maintaining the same or lower temperature than the spinning stock solution temperature emitted from the detention An aqueous solution containing 20 wt% or less was sprayed later than or equal to the spinning speed of the spinning stock solution. In this way, long-fibers with stable radioactivity, production and operation without cutting or shaking were obtained, and the morphology of the fibers was stabilized by quickly and uniformly assuring the solvent in the spinning stock solution in the coagulation bath. In addition, in order to form fibers in the air spaces at regular intervals and to obtain long fibers having excellent physical properties, the air spaces between the upper surface of the coagulation bath and the lower surface of the cell were set to 1 mm or more, preferably 3.0-15 mm.
상기 간격은 방사원액의 온도, 점도, 농도, 공간분위기의 온도 및 방사속도(권취되어지는 선속도)에 의해서 결정되어질 수 있다. 상기 범위에서 벗어나면 연신점의 불균일로 인하여 불균일한 섬도형성, 사도형성불균일 및 오리피스의 손상을 초래한다.The interval may be determined by the temperature, viscosity, concentration of the spinning stock solution, the temperature of the space atmosphere and the spinning speed (the linear speed to be wound). Deviation from the above range results in non-uniform fineness formation, dead reticulum nonuniformity and damage of orifices due to nonuniformity of the stretching point.
다음으로 공기층을 통과한 방사원액은 응고욕으로 유도되는 바 이때 응고욕조성과 온도는 방사원액내의 용매가 균일하고, 신속하게 확산되도록 조절하여야 한다. 통상의 습식방사법에 있어서는 응고욕농도가 높아서 확산속도가 떨어지기 때문에 방사속도를 높일 수 없지만 발명에서의 응고욕은 온도 3-20℃범위에서 물 또는 황산수용액 20중량% 이하로 조절하고, 방사속도 5.5-12.0m/sec의 범위로 조절하므로 고유점도 4.5이상, 강도 20g/d이상, 초기탄성율 550g/d이상의 물성이 우수한 전방향족 폴리아미드계 합성섬유를 얻을 수 있었다. 만일 응고욕조성 및 온도가 상기 범위를 벗어나면 방사원액내의 용매확산이 불균일해질 뿐만 아니라 확산속도가 늦어져 최종섬유 물성이 저하되고 동시에 방사속도가 저하되고 방사성이 떨어져 본 발명의 목적을 달성할 수 없게 된다.Next, the radiation source solution passing through the air layer is induced to the coagulation bath. At this time, the coagulation bath composition and the temperature should be controlled so that the solvent in the radiation source solution can be uniformly and rapidly diffused. In the conventional wet spinning method, the spinning rate cannot be increased because the concentration of the coagulation bath is high and the diffusion rate decreases, but the coagulation bath in the invention is adjusted to 20 wt% or less of water or sulfuric acid aqueous solution in the temperature range of 3-20 ° C. Since it is adjusted in the range of 5.5-12.0 m / sec, it was possible to obtain a wholly aromatic polyamide-based synthetic fibers having excellent physical properties of intrinsic viscosity of 4.5 or more, strength of 20 g / d or more, and initial elastic modulus of 550 g / d or more. If the coagulation bath composition and temperature are out of the above range, not only the solvent diffusion in the spinning stock solution is uneven, but also the diffusion speed is slowed, resulting in lower final fiber properties, and at the same time, the spinning speed is lowered and the radioactivity is lowered, thereby achieving the object of the present invention. There will be no.
본 발명에서 채택하고 있는 방사장치를 본 발명의 제조방법과 관련시켜서 설명하면 다음과 같다.Referring to the spinning apparatus employed in the present invention in connection with the manufacturing method of the present invention.
용매과 폴리머를 균일하게 혼합하여 방사원액을 제조한 다음 펌프(1)와 방사원액이송관(2)을 통하여 탈포기(4)로 이송하고, 교반기(5)로 저어주면서 방사원액(6)내 기포를 탈포관(3)으로 완전 제거시키고, 필터(7)로 여과한 후 방사블록(8)내의 구금(9)으로 토출시킨다. 구금유입구(10)하단의 오리피스(11)로 방사원액이 토출될 때 유도관(12)으로 고화방지액이 분사되어 필라멘트(13)가 형성되고, 응고욕조(14)내의 응고욕(15)에서 용매가 확산됨과 동시에 공기층(22)에서 권취되는 선속도에 의해서 연신이 되어 최종섬유가 형성된다. 응고욕의 높이는 응고욕배출구(17)와 응고욕공급관(16)에 의해서 일정하게 유지되며 가이드(18)가 필라멘트의 방향을 유도하여 용매 수세장치(19)와 건조장치(20)를 필라멘트가 통과하면서 최종제품인 전방향족 폴리아미드의 필라멘트상 장섬유가 권취기(21)에서 얻어져 고유점도 4.5이상, 강도 20g/d이상, 초기탄성율 550g/d이상의 우수한 물질을 나타낸다. 본 발명으로 제조된 전방향족계 폴리아미드계 합성섬유는 고강도, 고탄성율 및 내마모성, 내열성, 전기절연성 이 요구되는 자동차, 우주항공분야 뿐만 아니라 일반 산업분야, 건축자재등 많은 분야에서 활용될 수 있다.The solvent and the polymer are uniformly mixed to prepare a spinning stock solution, and then the pump (1) and the spinning stock feed tube (2) are transferred to the degassing machine (4), and agitated with the stirrer (5) to bubble in the spinning stock solution (6). It is completely removed by the defoaming pipe (3), filtered with a filter (7) and discharged to the detention (9) in the spinning block (8). When the radiation stock solution is discharged to the
[실시예 1 및 비교예 1-5]Example 1 and Comparative Example 1-5
폴리파라페닐렌 테페프탈아마이드를 황산 99.8%에 녹이되 황산 용매에 대해 폴리머의 함량을 19.5중량%로 하여 85℃에서 30분간 녹이고 기포를 완전히 제거한 후 이물을 여과하여 구금 오리피스의 직경 0.07㎜, L/D가 3인구금에서 2.5m/sec의 방사속도로 토출시키고 동시에 유도관으로 70℃의 물을 1.5m/sec로 분사하였다. 이때 공기층의 높이를 10㎜유지해서 응고욕으로 유도하였다. 응고욕은 10% 황산수용액을 8℃로 유지하고 권취선속도를 9.2m/sec로 유지하면서 수세공정에서 용매 및 중화솔트(Salt)를 제거한 후 건조하여 최종 전방향족 폴리아미드계 합성섬유를 제조하였다.Dissolve polyparaphenylene terephthalamide in 99.8% sulfuric acid, but dissolve the polymer content in 19.5% by weight in sulfuric acid solvent at 85 ° C for 30 minutes, remove bubbles completely, filter the foreign material, and filter the diameter of the detention orifice 0.07mm, The L / D was discharged at a spinning speed of 2.5 m / sec from the three-population, and at the same time, 70 ° C. water was injected at 1.5 m / sec into the induction pipe. At this time, the height of the air layer was maintained by 10mm to guide the coagulation bath. In the coagulation bath, 10% aqueous sulfuric acid solution was maintained at 8 ° C. and the winding speed was 9.2 m / sec, and the solvent and neutralizing salt were removed in the washing process, followed by drying to prepare a final wholly aromatic polyamide synthetic fiber. .
그 결과는 표 1과 같다.The results are shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
[실시예 2 및 비교예 6-8]Example 2 and Comparative Example 6-8
실시예 1과 동일한 조건으로 하되 고화방지액의 분사조건과 구금의 조건을 달리하여 방사성 및 물성을 나타내었다.The same conditions as in Example 1, but different from the spraying conditions and the conditions of detention of the solidification solution showed radioactivity and physical properties.
그 결과는 표 2와 같다.The results are shown in Table 2.
[표 2]TABLE 2
[실시예 3 및 비교예 9-11]Example 3 and Comparative Example 9-11
실시예 1과 동일한 조건에서 공기층 높이, 응고욕조건 및 권취선속도를 달리하였다.Air layer height, coagulation bath conditions, and winding line speed were different under the same conditions as in Example 1.
그 결과는 표 3과 같다.The results are shown in Table 3.
[표 3]TABLE 3
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019900003727A KR920008539B1 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Producing process of full aromatic polyamide fibers |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1019900003727A KR920008539B1 (en) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | Producing process of full aromatic polyamide fibers |
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KR910016984A KR910016984A (en) | 1991-11-05 |
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Family
ID=19297154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
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-
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- 1990-03-20 KR KR1019900003727A patent/KR920008539B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
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