TW201546340A - 液晶聚酯纖維及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供高強度、高彈性模數、高耐磨耗性,製程通過性優異,且高溫下的熱變形小之液晶聚酯纖維及其製造方法。
其係可藉由下述來達成:一種液晶聚酯纖維,其特徵為於差示熱量測定中,自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰(Tm1)之波峰半值寬為15℃以上,聚苯乙烯換算的重量平均分子量為25.0萬以上200.0萬以下,損失正切(tanδ)的波峰溫度為100℃以上200℃以下,損失正切(tanδ)的波峰值為0.060以上0.090以下;及一種網眼織物,其包含該液晶聚酯纖維;以及一種熔融液晶性聚酯纖維之製造方法,其特徵為將熔融紡絲所得之液晶性聚酯纖維予以固相聚合,然後以於差示熱量測定中,自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰溫度(Tm1)+50℃以上之溫度,以0.1%以上且小於3.0%之伸長率,進行加熱處理。
Description
本發明關於高強度、高彈性模數、高耐磨耗性,製程通過性優異,且高溫下的熱變形小之液晶聚酯纖維及其製造方法。
已知液晶聚酯係由剛直的分子鏈所構成之聚合物,於熔融紡絲中使其分子鏈在纖維軸方向中高度地配向,更且藉由施予熱處理(固相聚合),而在熔融紡絲所得的纖維之中,得到最高的強度、彈性模數。又,亦已知液晶聚酯係藉由固相聚合來增加分子量,因熔點上升而耐熱性、尺寸安定性升高(例如,參照非專利文獻1的第235頁~第256頁)。如此,就液晶聚酯纖維而言,其係藉由施予固相聚合,而展現高強度、高彈性模數、優異的耐熱性、熱尺寸安定性。
另一方面,液晶聚酯纖維係由於剛直的分子鏈朝向纖維軸方向進行高配向,生成緻密的結晶,故對於纖維軸垂直方向的相互作用低,耐磨耗性差,故亦具有因高次加工步驟、織造步驟的摩擦而容易產生原纖維之缺點。近年來,對於由單絲所構成的過濾器、網版印刷用紗等之網眼織物,為了性能提高,織密度的高密度化(高網眼化)、開口部(開口)的大面積化之要求係增強。
為了達成此,強烈要求單纖維纖度的細纖度化、高強度、高彈性模數化,液晶聚酯纖維由於高強度、高彈性模數而受到期待。同時,為了高性能化,亦強烈要求原纖維等的缺點減少,期望液晶聚酯纖維的耐磨耗性、製程通過性改善。
再者,使用網眼織物作為製品時,亦要求高溫下的熱變形小。例如,於如去除皺紋的高溫、高荷重下之處理中,若熱變形大,則發生開口的不均勻,在網版印刷用途或過濾器用途中損害性能。基於此觀點,要求液晶聚酯纖維的耐磨耗性改善與高溫下的熱變形抑制之並存。
關於液晶聚酯纖維的耐磨耗性改善,有提案將液晶聚酯纖維在差示熱量測定中自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰溫度(Tm1)+10℃以上之溫度,即熔點+10℃以上,進行熱處理之技術(參照專利文獻1之第18頁~第19頁)。於此技術中,在耐磨耗性的改善之點雖然看到效果,但高溫下的熱變形抑制之並存之點為不充分。專利文獻1中藉由固相聚合後的纖維之高溫熱處理而改善耐磨耗性,但愈大幅地改善耐磨耗性,則高溫下的熱變形愈大。因此,以僅專利文獻1之技術,耐磨耗性的改善與高溫下的熱變形抑制之並存係困難。
再者,專利文獻1中關於固相聚合後的液晶聚酯纖維之高溫熱處理,有延伸倍率的變更之記載,有自鬆弛率2%至伸長率10%為止之記載(第20頁),但僅
有關於行進安定性的記載,看不到關於高溫下的熱變形抑制之暗示。又,關於熱處理的行進安定性,亦看不到與熱處理後的導件設置所造成的效果有關之暗示。
又,關於固相聚合後的液晶聚酯纖維之高溫熱處理,亦有揭示施予10%以上的熱延伸,即10%以上的伸長之技術(參照專利文獻2的第2頁)。然而,專利文獻2中記載的伸長之目的,係為了耐磨耗性的改善與藉由延伸而使纖維變細,看不到關於高溫下的熱變形抑制之暗示。
再者,關於固相聚合前的液晶聚酯纖維之熱延伸,亦有揭示施予小於1.005的延伸之技術(參照專利文獻3的第15頁)。此技術係對於固相聚合前的液晶聚酯纖維,在玻璃轉移溫度+50℃以下之比較低溫下施予延伸,看不到因在熔點+50℃以上的高溫下熱處理所致的耐磨耗性提高效果或與高溫下的熱變形抑制有關的暗示。再者,專利文獻3中雖然有動態黏彈性測定的tanδ測定之記載,但此係求得樹脂的Tg(玻璃轉移溫度),看不到tanδ與高溫下的熱變形抑制之關係的記載。
關於液晶聚酯纖維的固相聚合(熱處理),有揭示在比Tm還低80℃以上的溫度下熱處理後,接著在Tm-60~Tm+20℃進行熱處理之技術(參照專利文獻4的第2頁)。此技術係藉由階段地提高固相聚合之溫度條件而提高振動衰減特性,看不到藉由在熔點+50℃以上的高溫下熱處理所致的耐磨耗性提高效果,或關於高溫下的熱變形抑制之暗示。再者,專利文獻4中雖然有tanδ測
定之記載,但此係表示經固相聚合的液晶聚酯纖維之振動衰減特性的指標,看不到在固相聚合後,於熔點+50℃以上的高溫下進行熱處理所得之液晶聚酯纖維有關的tanδ與高溫下的熱變形抑制之關係的記載。
專利文獻1:日本特開2008-240230號公報
專利文獻2:日本特開2010-189819號公報
專利文獻3:日本特開2006-89903號公報
專利文獻4:日本特開平4-289218號公報
非專利文獻1:技術情報協會編,「液晶聚合物的改質與最新應用技術」(2006)
本發明之課題在於提供高強度、高彈性模數、高耐磨耗性,且製程通過性優異,高溫下的熱變形小之液晶聚酯纖維及其製造方法。
前述本發明之課題係藉由以下之手段達成。
(1)一種液晶聚酯纖維,其特徵為於差示熱量測定中,自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰(Tm1)之波峰半值寬為15℃以上,聚苯乙烯換
算的重量平均分子量為25.0萬以上200.0萬以下,損失正切(tanδ)的波峰溫度為100℃以上200℃以下,損失正切(tanδ)的波峰值為0.060以上0.090以下。
(2)一種網眼織物,其包含如前述(1)項記載之液晶聚酯纖維。
(3)一種熔融液晶性聚酯纖維之製造方法,其特徵為將熔融紡絲所得之液晶性聚酯纖維予以固相聚合,然後以於差示熱量測定中,自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰溫度(Tm1)+50℃以上之溫度,以0.1%以上且小於3.0%之伸長率(stretch ratio),進行加熱處理。
本發明之液晶聚酯纖維由於耐磨耗性、製程通過性優異,故可提高生產網眼織物等的製品時之織造性,可得到缺點少的製品。又,由於高溫下的熱變形小,故在成為製品後的高溫處理中之尺寸變化小,性能變化小。另外,藉由本發明之製造方法,可高效率地製造本發明之液晶聚酯纖維。
以下,詳細說明本發明之液晶聚酯纖維。
所謂本發明所用之液晶聚酯,就是在熔融時可形成各向異性熔融相(液晶性)的聚酯。此特性例如可
藉由將由液晶聚酯所成的試料載置於熱台上,於氮氣環境下升溫加熱,在偏光下觀察試料的穿透光而確認。
作為用於本發明之液晶聚酯,例如可舉出a.芳香族羥基羧酸成分的聚合物,b.芳香族二羧酸成分與芳香族二醇成分、脂肪族二醇成分的聚合物,c.a與b的共聚物等,而為了高強度、高彈性模數、高耐熱,較佳為不用脂肪族二醇成分的全芳香族聚酯。此處所謂的芳香族羥基羧酸成分,可舉出羥基苯甲酸、羥基萘甲酸等之芳香族羥基羧酸,或上述芳香族羥基羧酸之烷基、烷氧基、鹵素取代物等。又,作為芳香族二羧酸成分,可舉出對苯二甲酸、間苯二甲酸、二苯基二羧酸、萘二羧酸、二苯基醚二羧酸、二苯氧基乙烷二羧酸、二苯基乙烷二羧酸等之芳香族二羧酸、或上述芳香族二羧酸之烷基、烷氧基、鹵素取代物等。再者,作為芳香族二醇成分,可舉出氫醌、間苯二酚、二羥基二苯、萘二醇等之芳香族二醇、或上述芳香族二醇之烷基、烷氧基、鹵素取代物等,作為脂肪族二醇成分,可舉出乙二醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇等之脂肪族二醇。
作為用於本發明之液晶聚酯,對羥基苯甲酸成分、4,4’-二羥基聯苯成分、氫醌成分與對苯二甲酸成分及/或間苯二甲酸成分所共聚合者、對羥基苯甲酸成分與6-羥基2-萘甲酸成分所共聚合者,對羥基苯甲酸成分、6-羥基2-萘甲酸成分、氫醌成分與對苯二甲酸成分所共聚合者等,由於紡絲性優異,可達成高強度、高彈性模數化,且會因固相聚合後的高溫熱處理而耐磨耗性
升高,而可作為較佳例舉出。
於本發明中,特佳為由下述結構單元(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)所成之液晶聚酯。再者於本發明中,所謂的結構單元,就是指能構成聚合物之主鏈中的重複構造之單元。
藉由此組合,分子鏈將變得具有恰當的結晶性與非直線性,即變得具有能熔融紡絲的熔點。因此,由於將變得在聚合物的熔點與熱分解溫度之間所設定的
紡絲溫度具有良好的製絲性,可得到在長度方向中均勻的纖維,且具有適度的結晶性,故可得到纖維的強度、彈性模數。
再者,組合包含如結構單元(II)、(III)之體積不大而直線性高的二醇之成分係重要的,藉由組合此成分,在纖維中取得分子鏈為秩序的紊亂少之構造,同時結晶性不過度地高,亦可維持纖維軸垂直方向之相互作用。藉此,除了可得到高的強度、彈性模數,還有,亦可藉由在固相聚合後施予高溫熱處理,而得到特別優異的耐磨耗性。
又,相對於結構單元(I)、(II)及(III)之合計,上述結構單元(I)較佳為40~85莫耳%,更佳為65~80莫耳%,尤佳為68~75莫耳%。藉由在如此的範圍,可使結晶性成為恰當的範圍,可得到高的強度、彈性模數,且熔點亦為能熔融紡絲的範圍。
相對於結構單元(II)及(III)之合計,結構單元(II)較佳為60~90莫耳%,更佳為60~80莫耳%,尤佳為65~75莫耳%。藉由在如此的範圍,由於結晶性不過度地高,亦可維持纖維軸垂直方向之相互作用,故可藉由在固相聚合後施予高溫熱處理,而提高耐磨耗性。
相對於結構單元(IV)及(V)之合計,結構單元(IV)較佳為40~95莫耳%,更佳為50~90莫耳%,尤佳為60~85莫耳%。藉由在如此的範圍,除了由於聚合物之熔點會成為恰當的範圍,在聚合物的熔點與熱分解溫度之間所設定的紡絲溫度具有良好的紡絲性,故可得到
在長度方向中均勻的纖維,還有,由於聚合物的直線性係適度紊亂,故可藉由固相聚合後的高溫熱處理,使原纖維構造紊亂變容易,纖維軸垂直方向之相互作用升高,提高耐磨耗性。
用於本發明的液晶聚酯之各結構單元的較佳範圍係如以下。以於此範圍之中,滿足上述條件之方式來調整組成,可適宜地得到本發明之液晶聚酯纖維。
結構單元(I)45~65莫耳%
結構單元(II)12~18莫耳%
結構單元(III)3~10莫耳%
結構單元(IV)5~20莫耳%
結構單元(V)2~15莫耳%
再者,於本發明所用的液晶聚酯中,除了上述結構單元外,還可在不損害本發明的效果之下,以5莫耳%左右以下之範圍,共聚合3,3’-二苯基二羧酸、2,2’-二苯基二羧酸等之芳香族二羧酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸等之脂肪族二羧酸、六氫對苯二甲酸(1,4-環己烷二羧酸)等之脂環式二羧酸、氯氫醌、4,4’-二羥基二苯基碸、4,4’-二羥基二苯基硫化物、4,4’-二羥基二苯基酮等之芳香族二醇及對胺基苯酚等。
又,亦可於不損害本發明之效果之下,以5重量%左右以下之範圍,添加聚酯、聚烯烴或聚苯乙烯等之乙烯系聚合物、聚碳酸酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚苯硫、聚苯醚、聚碸、芳香族聚酮、脂肪族聚酮、半芳香族聚酯醯胺、聚醚醚酮、氟樹脂等之聚合物,可舉出
聚苯硫、聚醚醚酮、尼龍6、尼龍66、尼龍46、尼龍6T、尼龍9T、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚環己烷二甲醇對苯二甲酸酯、聚酯99M等作為合適例。再者,添加此等聚合物時,由於使其熔點在液晶聚酯的熔點±30℃以內不會損害製絲性,而為較佳。
再者,於不損害本發明的效果之範圍內,亦可少量含有各種金屬氧化物、高嶺土、二氧化矽等之無機物、或著色劑、消光劑、難燃劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、紅外線吸收劑、結晶核劑、螢光增白劑、末端基封閉劑、相溶化劑等之各種添加劑。
本發明的纖維之聚苯乙烯換算的重量平均分子量(以下記載為分子量)係25.0萬以上200.0萬以下。由於具有25.0萬以上的高分子量,而具有高的強度、彈性模數、延伸度。由於分子量愈高則強度、彈性模數、延伸度愈升高,故較佳為30.0萬以上,更佳為35.0萬以上。分子量之上限係沒有特別的限定,但本發明中能達成的上限為200.0萬左右,100.0萬係得到充分高的效果。再者,本發明所稱之分子量,就是藉由實施例記載之方法所求得之值。
本發明之纖維係於差示熱量測定中,自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰(Tm1)之波峰半值寬為15℃以上。此測定法中的Tm1表示纖維之熔點,波峰形狀係其面積愈廣,即熔解熱量△Hm1愈大,則結晶化度愈高,而且其半值寬愈窄,可
說是結晶的完全性愈高。液晶聚酯係在熔融紡絲後,藉由施予固相聚合而Tm1上升,△Hm1增加,半值寬減少,結晶化度、結晶之完全性變高,藉此使纖維的強度、延伸度、彈性模數增加,耐熱性升高。另一方面,雖然耐磨耗性惡化,但據認為此係因為結晶的完全性升高,而結晶部與非晶部之構造差變顯著,在其界面發生破壞的緣故。此時,本發明之纖維,則係維持著經固相聚合的纖維之特徵的高Tm1、高強度、延伸度、彈性模數,而使波峰半值寬增加至如未固相聚合的液晶聚酯纖維之15℃以上的值,藉此使結晶性降低,減少成為破壞之起點的結晶/非晶之構造差,弄亂原纖維構造,使纖維全體柔軟化,藉此,可提高耐磨耗性。Tm1之波峰半值寬,由於其係愈高則耐磨耗性愈高,故較佳為20℃以上。再者,上限係沒有特別的限制,但工業上能達成的上限為80℃左右,50℃係得到充分高的效果。
再者,於本發明之液晶聚酯纖維中,吸熱峰為1個,但於固相聚合為不充分時等,取決於纖維構造,會觀測到2個以上的波峰。此時的波峰半值寬係將各自的波峰之半值寬合計之值。
本發明之纖維的熔點(Tm1)較佳為290℃以上,更佳為300℃以上,尤佳為310℃以上。由於具有如此高的熔點,纖維的耐熱性優異。為了達成纖維的高熔點化,有將高熔點的液晶聚酯聚合物予以製絲等之方法,但為了得到具有特別高的強度、彈性模數,更且長度方向的均勻性優異之纖維,較佳為將經熔融紡絲的纖
維予以固相聚合。再者,熔點之上限係沒有特別的限定,但本發明能達成的上限為400℃左右。
又,熔解熱量△Hm1之值係隨著液晶聚酯的構成單元之組成而變化,但較佳為6.0J/g以下。藉由使△Hm1降低至6.0J/g以下,結晶化度降低,原纖維構造係紊亂,纖維全體係柔軟化,而且因成為破壞之起點的結晶/非晶之構造差減少,而耐磨耗性升高。由於△Hm1愈低則耐磨耗性愈升高,故更佳為5.0J/g以下。再者,△Hm1之下限係沒有特別的限定,但為了得到高的強度、彈性模數,較佳為0.2J/g以上。
應該驚奇的是儘管分子量高到25.0萬以上,△Hm1卻低到6.0J/g以下。分子量的25.0萬以上之液晶聚酯係即使超過熔點也黏度顯著地高而不流動,熔融紡絲為困難,如此高分子量的液晶聚酯纖維係藉由將低分子量的液晶聚酯予以熔融紡絲,將此纖維予以固相聚合而得。若將液晶聚酯纖維予以固相聚合,則分子量增加,強度、延伸度、彈性模數、耐熱性升高,同時結晶化度亦升高,△Hm1增加。結晶化度若升高,則強度、延伸度、彈性模數、耐熱性進一步升高,但結晶部與非晶部構造差變顯著,其界面容易被破壞,耐磨耗性會降低。相對於此,本發明則係藉由具有經固相聚合的纖維之1個特徵的高分子量而保持高的強度、延伸度、彈性模數、耐熱性,同時藉由具有如未進行固相聚合的液晶聚酯纖維之低結晶化度,即低的△Hm1,而可提高耐磨耗性。本發明在藉由使實質上僅由液晶聚酯所成之纖維降低構
造變化即結晶化度,而達成耐磨耗性提高之點,係有技術的進步。
又,本發明之纖維的Tm2係隨著組成而變化,但為了提高耐熱性,較佳為300℃以上。Tm2之上限係沒有特別的限制,但本發明能達到的上限為400℃左右。
△Hm2若過度地大,則聚合物本身的結晶性變高,耐磨耗性的提高變困難,故較佳為5.0J/g以下,更佳為2.0J/g以下。再者,於本發明之液晶聚酯纖維中,上述測定條件的冷卻後之再升溫時的吸熱峰為1個,但會有觀測到2個以上的波峰者。此時的△Hm2係將各自的波峰之△Hm2合計的值。
本發明之纖維係損失正切(tanδ)的波峰溫度為100℃以上200℃以下,較佳為120℃以上180℃以下,波峰值為0.060以上0.090以下。再者,本發明所稱之tanδ的波峰溫度、波峰值係以實施例記載之方法求得之值。
tanδ係損失彈性模數與儲存彈性模數之比,此值高時意指相對於所給予的能量而言熱散逸之比高。茲認為於合成纖維中在tanδ之溫度依賴性出現波峰,波峰溫度係作為非晶部的運動性開始升高之溫度,具有與玻璃轉移溫度同樣之意義,波峰值係具有與非晶部本身之量同樣的意義。
本發明之液晶聚酯纖維,由於在固相聚合後藉由施予高溫熱處理,而成為結晶性低的狀態,故非晶
部為主,在tanδ具有明確的波峰。由於此時的波峰值相當於非晶部之量,故波峰值愈高則非晶部愈多,愈容易熱變形。即,為了抑制熱變形,tanδ的波峰溫度宜高,波峰值宜低。另一方面,本發明之纖維的特徵之一個係為了達成高的耐磨耗性,較佳為降低聚合物的結晶性者,故波峰值宜高。為了使此相反的特性並存,必須使tanδ之值成為恰當之範圍。
本發明之纖維的tanδ波峰值為0.090以下。由於波峰值為0.090以下,可抑制高溫下的熱變形。由於波峰值愈小愈可抑制熱變形,故較佳為0.085以下。波峰值若過度地低,則結晶性高,使耐磨耗性惡化,故為0.060以上,較佳為0.065以上。
又,tanδ的波峰溫度係非晶部的運動性急劇增加之溫度,若超過波峰溫度,則亦有因波峰值而容易熱變形。因此,波峰溫度宜高。於本發明之纖維中,波峰溫度為100℃以上,較佳為130℃以上。上限係沒有特定,但本發明可達成者為200℃左右。
得到如此之tanδ的波峰溫度、波峰值用之製造方法係沒有特別的限制,但於如後述之固相聚合後的熱處理中,尤其伸長率的恰當化係有效。
為了提高網眼織物之強度,本發明之纖維的強度較佳為12.0cN/dtex以上,更佳為14.0cN/dtex以上,尤佳為15.0cN/dtex以上。強度之上限係沒有特別的限定,但本發明可達成之上限為30.0cN/dtex左右。
本發明之纖維的強力變動率較佳為10%以
下,更佳為5%以下。再者,本發明所稱之強力,就是指JIS L1013:2010記載之拉伸強度的測定中之切斷時的強度,所謂的強力變動率,就是藉由實施例記載之手法所測定的值。藉由強力變動率為10%以下,由於長度方向的均勻性升高,纖維的強力(強度與纖度之積)變動亦變小,故纖維製品的缺陷減少,而且亦可抑制因低強度部所造成的在高次加工步驟之斷絲。
又,為了提高織物之彈性模數,彈性模數較佳為500cN/dtex以上,更佳為600cN/dtex以上,尤佳為700cN/dtex以上。彈性模數之上限係沒有特別的限定,但本發明可達成之上限係彈性模數1200cN/dtex左右。
本發明之纖維的延伸度較佳為1.0%以上,更佳為2.0%以上。藉由延伸度1.0%以上,纖維的衝撃吸收性升高,在高次加工步驟的製程通過性、操作性優異,而且由於衝撃吸收性升高,耐磨耗性亦升高。再者,延伸度之上限係沒有特別的限定,但本發明可達成之上限為10.0%左右。於本發明之纖維中,藉由分子量為25.0萬以上,可得到高的延伸度。
本發明所稱之強度、延伸度、彈性模數,就是以實施例記載之方法所求得之值。
由於強度、彈性模數高,可適用於印刷用網紗、過濾器用網眼等之用途,而且由於即使細纖度也能展現高強力,故可達成纖維材料的輕量化、薄物化,亦可抑制在織造等高次加工步驟的斷絲。於本發明之纖維中,藉由分子量為25.0萬以上,可得到高的強度、彈性
模數。
本發明之纖維的單纖維纖度較佳為18.0dtex以下。藉由使單纖維纖度細到18.0dtex以下,以纖維狀態固相聚合時分子量容易增加,強度、延伸度、彈性模數提高。再者,除了由於纖維的柔軟度提高而纖維的加工性提高、表面積增加,而具有與接著劑等的藥液之密接性升高的特性,而且,於成為由單絲所成的紗時,還具有可減薄厚度、可提高織密度、可增廣開口(開口部的面積)之優點。單纖維纖度更佳為15.0dtex以下,尤佳為10.0dtex以下。再者,單纖維纖度之下限係沒有特別的限定,但本發明可達成之下限為1.0dtex左右。
本發明之纖維的雙折射率(△n)較佳為0.250以上0.450以下。△n若為此範圍,纖維軸方向的分子配向充分地高,得到高的強度、彈性模數。
本發明之纖維的耐磨耗性C較佳為60秒以上,更佳為90秒以上,尤佳為180秒以上。本發明所稱之耐磨耗性C,就是指藉由實施例記載之手法所測定之值。藉由耐磨耗性C為60秒以上,除了可抑制液晶聚酯纖維在高次加工步驟的原纖維化,可抑制因原纖維堆積所造成的製程通過性或織造性之惡化、因織入所堆積的原纖維而造成開口部之堵塞,而且,由於減少原纖維對於導件類的堆積,故可增長洗淨、交換周期。
本發明之纖維在高溫下的熱變形率較佳為1.0%以下。藉由熱變形率為1.0%以下,即使在成為製品後的高溫處理後,性能也不會變化。由於熱變形率愈低
愈佳,故更佳為0.7%以下。熱變形率之下限係沒有特別的限定,但本發明可達成之下限為0.2%左右。
為了纖維製品的薄物化、輕量化,本發明之纖維的纖絲(filament)數較佳為纖絲數50以下,更佳為20以下。特別地纖絲數為1的單絲,由於是強烈希望細纖度、高強度、高彈性模數、單纖維纖度之均勻性的區域,本發明之纖維可特別適用。
本發明之纖維的絲長較佳為4萬公尺以上。由於是4萬公尺以上,在織造等之製品製造中,可使因打結所造成的缺點成為最小化。絲長愈長愈佳,但本發明可達成之上限為1000萬公尺左右。如此地為了得到絲長為長的纖維,於如後述的固相聚合後之熱處理中,尤其伸長率之恰當化及熱處理後的絲道之經由導件管制所致的行進性安定化係有效。
本發明亦提供由上述液晶聚酯纖維所成之網眼織物。本發明之液晶聚酯纖維,由於耐磨耗性、製程通過性優異,可提高在生產網眼織物等的製品時之織造性,可得到缺點少的製品。又,由於高溫下的熱變形小,故成為製品後的高溫處理之尺寸變化小,性能變化小。
本發明之液晶聚酯纖維係高強度、高彈性模數、耐磨耗性,且製程通過性優異,高溫下的熱變形小者,在一般產業用材料、土木.建築材料、運動用途、防護衣、橡膠補強材料、電氣材料(尤其作為拉力構件)、音響材料、一般衣料等之領域中被廣泛使用。有效的用途可舉出網紗、過濾器、繩索、網、魚網、電腦色帶、
印刷基板用基布、抄紙用的帆布、安全氣囊、飛行船、圓頂用等之基布、騎士服、釣線、各種線(遊艇,滑翔傘,氣球,風箏線)、窗簾繩、紗網用支持繩、汽車或航空機內各種繩、電氣製品或機器人的力傳達繩等,特別有效的用途可舉出用於工業材料用織物等之單絲,其中最適合於印刷用網紗用、過濾器用單絲,其強烈要求高強度、高彈性模數、細纖度化,需要織造性提高、織物品位提高用的耐磨耗性,且要求高溫下的尺寸安定性。
其次,詳細說明本發明的液晶聚酯纖維之製造方法。
用於本發明的液晶聚酯之組成以及合適的組成比,係如纖維之項目下所記載。
用於本發明的液晶聚酯之熔點,為了增廣能熔融紡絲的溫度範圍,較佳為200~380℃,為了提高紡絲性,更佳為250~360℃。再者,液晶聚酯聚合物之熔點係指以實施例記載之方法所測定的值(Tm2)。
用於本發明的液晶聚酯之聚苯乙烯換算的重量平均分子量(以下記載為分子量)較佳為3萬以上。藉由使分子量成為3萬以上,在紡絲溫度具有恰當的黏度,可提高製絲性。分子量愈高則所得之纖維的強度、延伸度、彈性模數愈高,但由於分子量若過高,則黏度變高而流動性變差,最後變成不流動,故分子量較佳為25萬以下,更佳為20萬以下。此處所稱之聚苯乙烯換算的重量平均分子量係指以實施例記載之方法所測定的值。
在抑制因水分混入所造成的發泡、提高製絲性之方面,用於本發明的液晶聚酯較佳係在供熔融紡絲之前進行乾燥。又,藉由進行真空乾燥,由於亦可去除在液晶聚酯中所殘存的單體,可進一步提高製絲性,而為更佳。乾燥條件通常使用在100~200℃的8~24小時之真空乾燥。
於熔融紡絲中,液晶聚酯的熔融擠出係可使用眾所周知的手法,但為了消除聚合時生成的秩序構造,較佳為使用擠壓機型的擠出機。所擠出的聚合物係經過配管,藉由齒輪泵等眾所周知之計量裝置來計量,於通過異物去除的過濾器後,導引至噴嘴。此時,為了提高流動性,自聚合物配管至噴嘴為止之溫度(紡絲溫度)較佳為液晶聚酯的熔點以上,更佳為液晶聚酯之熔點+10℃以上。惟,由於紡絲溫度若過度地高,則液晶聚酯之黏度增加,招致流動性之惡化、製絲性之惡化,故較佳為500℃以下,更佳為400℃以下。再者,亦可各自獨立地調整自聚合物配管至噴嘴為止之溫度。此時,藉由使靠近噴嘴之部位的溫度比其上游側的溫度高,使吐出安定。
吐出中,將噴嘴孔的孔徑縮小,將成型段(land)長度(與噴嘴孔的孔徑相同的直管部之長度)增長,係在提高製絲性、提高纖度的均勻性之點上為較佳。惟,由於孔徑若過小,則容易發生孔之堵塞,故孔徑較佳為直徑0.05mm以上0.50mm以下,更佳為0.10mm以上0.30mm以下。由於成型段長度若過長,則壓力損失變
高,以將成型段長度L除以孔徑D後的商所定義的L/D較佳為1.0以上3.0以下,更佳為2.0以上2.5以下。
又,為了維持均勻性,1個噴嘴的孔數較佳為50孔以下,更佳為20孔以下。再者,位於噴嘴孔的正上方之導入孔為直孔者,係在不提高壓力損失之點上為較佳。導入孔與噴嘴孔之連接部分為錐形者,係在抑制異常滯留之方面較佳。
自噴嘴孔所吐出的聚合物係在可通過保溫、冷卻區域而固化後,藉由以一定速度旋轉的輥(導絲輥)來牽引。由於保溫區域若過度地長,則製絲性變差,故較佳為自噴嘴面起至200mm為止,更佳為100mm為止。保溫區域亦可使用加熱手段來提高環境溫度,其溫度範圍較佳為100℃以上500℃以下,更佳為200℃以上400℃以下。冷卻係可使用非活性氣體、空氣、水蒸氣等,但使用噴出平行或環狀的室溫(20~30℃)之空氣流者,係在降低環境及能量負荷之點上為較佳。
為了生產性提高、單紗細纖度化,牽引速度(紡絲速度)較佳為50公尺/分鐘以上,更佳為500公尺/分鐘以上。於本發明中作為較佳例舉出的液晶聚酯,由於在紡絲溫度中具有適宜的拖絲性,故可使牽引速度成為高速,上限係沒有特別的限制,但從拖絲性之點來看,為2000公尺/分鐘左右。
以將牽引速度除以吐出線速度而得的商所定義之紡絲拉伸,較佳為1以上500以下,於提高製絲性,提高纖度的均勻性之點上,更佳為10以上100以下。
在提高纖維的操作性方面,較佳為於熔融紡絲中在自聚合物的冷卻固化起至捲取為止之間給予油劑。油劑係可使用眾所周知者,但於固相聚合前之重繞(rewind)中提高將熔融紡絲所得的纖維(以下記載為紡絲原紗)予以解舒時的解舒性之點上,較佳為使用一般的紡絲油劑或後述的無機粒子(A)及磷酸系化合物(B)之混合油劑。
捲取係可使用眾所周知的捲取機,使成為緯管(pirn)、筒子紗(cheese)、錐形筒(cone)等之形態的捲裝(package),但在不對纖維給予摩擦力,不使原纖維化之點上,捲取時使成為輥不接觸捲裝表面的緯管捲為較佳。
熔融紡絲所得之纖維的單纖維纖度較佳為18.0dtex以下。此處所稱之單纖維纖度,就是藉由實施例記載之手法所求得之值。藉由使單纖維纖度細到18.0dtex以下,於以纖維狀態固相聚合時,構成纖維的高分子之分子量係容易增加,強度、延伸度、彈性模數係提高。再者,由於表面積增加,因此具有可增多後述的熔黏防止劑之無機粒子(A)及磷酸系化合物(B)的附著量之特性。單纖維纖度更佳為10.0dtex以下,尤佳為7.0dtex以下。再者,單纖維纖度的下限係沒有特別的限定,但藉由本方法可達成的下限為1.0dtex左右。
為了防止在下一步驟的固相聚合前之重繞步驟的斷絲、提高製程通過性,熔融紡絲所得之纖維的強度較佳為3.0cN/dtex以上,更佳為5.0cN/dtex以上。強度之上限係於本發明為10cN/dtex左右。
為了防止在下一步驟的固相聚合前之重繞步驟的斷絲、提高製程通過性,熔融紡絲所得之纖維的延伸度較佳為0.5%以上,更佳為1.0%以上。延伸度之上限係於本發明中為5.0%左右。
為了防止在下一步驟的固相聚合前之重繞步驟的斷絲、提高製程通過性,熔融紡絲所得之纖維的彈性模數較佳為300cN/dtex以上,更佳為500cN/dtex以上。彈性模數之上限係於本發明中為800cN/dtex左右。
本發明所稱之強度、延伸度、彈性模數係以實施例記載之方法所求得之值。
熔融紡絲所得之纖維的分子量較佳為3萬以上。藉由分子量成為3萬以上,可得到高的強度、延伸度、彈性模數,製程通過性優異。又,由於分子量若過高則固相聚合會變得難以進行,無法提高可到達的分子量,故分子量較佳為25萬以下,更佳為20萬以下。此處所稱之聚苯乙烯換算的重量平均分子量係指以實施例記載之方法所測定的值。再者,本發明中係在熔融紡絲中分子量的變化小。
熔融紡絲纖維係接著供固相聚合,但在固相聚合前給予熔黏防止用的油劑。熔黏防止劑之給予係可在自熔融紡絲起至捲取為止之間進行,但為了提高附著效率,較佳為邊將熔融紡絲後所捲取的絲條予以重繞邊塗布在該絲條上,或在熔融紡絲使附著少量,邊將經捲取的絲條予以重繞邊追加塗布。
附著方法系可為導件給油法,但為了使均勻
地附著於單絲等總纖度細的纖維,較佳為藉由金屬製或陶瓷製的吻輥(上油輥)所致的附著。再者,當纖維為絞紗狀、絲束狀時,可藉由浸漬在混合油劑中而塗布。
作為熔黏防止劑,較佳為使用無機粒子(A)及磷酸系化合物(B)之混合物。藉由塗布無機粒子(A)及磷酸系化合物(B),除了有抑制在固相聚合時纖維間所發生的熔黏之效果,還有,藉由該成分在固相聚合步驟中熱變性,而使後步驟中的製程通過性優異,更且成為製品時的後加工性優異。再者,使用無機粒子(A)及磷酸系化合物(B)作為熔黏防止劑時,雖不使用油分,但於本發明中,對於如此不含油分的熔黏防止劑,方便上亦記載為「固相聚合用油劑」、「混合油劑」或僅「油劑」。
本發明中所謂的無機粒子(A),就是眾所周知的無機粒子,例子可舉出礦物、氫氧化鎂等之金屬氫氧化物、二氧化矽或氧化鋁等之金屬氧化物、碳酸鈣或碳酸鋇等之碳酸鹽化合物、硫酸鈣或硫酸鋇等之硫酸鹽化合物,還有碳黑等。藉由將如此的耐熱性高之無機粒子塗布到纖維上,可減少單紗間的接觸面積,避免在固相聚合時所發生的熔黏。
從考慮到塗布步驟,而為操作容易,且減低環境負荷之觀點來看,無機粒子(A)較佳為水分散為容易者,而且於固相聚合條件下宜為非活性。從此等觀點來看,較佳為使用二氧化矽或矽酸鹽礦物。於矽酸鹽礦物時,特佳為具有層狀構造的葉矽酸鹽。再者,所謂的葉矽酸鹽,可舉出高嶺石、埃洛石、蛇紋石、矽鎳礦、膨
潤石族、葉蠟石、滑石、雲母等,但於此等之中,考慮取得的容易性,最佳為使用滑石、雲母。
又,本發明中所謂的磷酸系化合物(B),可使用下式下述化學式(1)~(3)所示的化合物。
此處,R1、R2係指烴,M1係指鹼金屬,M2係指鹼金屬、氫、烴、含氧烴之任一者。再者,n表示1以上之整數。從熱分解抑制之觀點,n之上限較佳為100以下,更佳為10以下。
作為R1,考慮到因固相聚合時的熱分解所發生的氣體,從減低環境負荷之觀點來看,較佳為在構造中不含苯基,更佳為以烷基構成。R1之碳數,從對於纖維表面的親和性之觀點來看,較佳為2以上,而且從抑制固相聚合所伴隨的有機成分之分解所致的重量減量
率,防止因固相聚合時之分解所發生的碳化物殘存在纖維表面之觀點來看,較佳為20以下。
又,從在水中的溶解性之觀點來看,R2較佳為碳數5以下之烴,更佳為碳數2或3。
作為M1,從製造成本之觀點來看,較佳為鈉、鉀。
藉由併用磷酸系化合物(B)與無機粒子(A),不僅提高無機粒子(A)之分散性,使對纖維的均勻塗布成為可能,展現優異的熔黏抑制效果,而且可抑制無機粒子(A)固著於纖維表面,故無機粒子(A)對於洗淨後纖維之殘存量減少,展現抑制其後的加工步驟中之附著物的效果。
此外,可在固相聚合條件下因脫水反應及磷酸系化合物(B)中所含有的有機成分分解而形成磷酸鹽的縮合鹽,藉由來自此縮合鹽形成,在固相聚合後的洗淨步驟中水容易地自纖維去除磷酸系化合物(B)。再者,單獨塗布磷酸系化合物(B)時,因縮合鹽之潮解性,故即使在通常的纖維之保管條件下,亦因磷酸鹽會於纖維表面上吸濕、潮解而帶有黏性,故洗淨性降低。即,藉由併用無機粒子(A)與磷酸系化合物(B)才展現優異的洗淨性。就展現此優異的洗淨性之機制而言,推測係因為藉由併用無機粒子(A),由於無機粒子(A)具有吸濕性,故可防止磷酸系化合物(B)之縮合鹽自然地吸濕及潮解,且僅於通過水中時,使磷酸系化合物(B)之縮合鹽因吸水膨脹,而與無機粒子(A)一起自纖維表面以層狀剝落。
為了邊使無機粒子(A)及磷酸系化合物(B)之附著量適性化邊均勻塗布,較佳為在磷酸系化合物(B)之稀釋液中使用加有無機粒子(A)的混合油劑,從安全性之觀點來看,較佳為使用水作為稀釋液。再者,從熔黏抑制之觀點來看,稀釋液中的無機粒子(A)之濃度宜高,較佳為0.01重量%以上,更佳為0.1重量%以上,從均勻分散之觀點來看,上限較佳為10重量%以下,更佳為5重量%以下。又,從無機粒子(A)的均勻分散之觀點來看,磷酸系化合物(B)之濃度宜高,較佳為0.1重量%以上,更佳為1.0重量%以上。再者,磷酸系化合物(B)之濃度的上限係沒有特別的限制,但以避免因混合油劑的黏度上升所致的附著過多、黏度之溫度依賴性增大所致的附著不均為目的,較佳為50重量%以下,更佳為30重量%以下。
再者,將無機粒子(A)對纖維之附著率當作(a)重量%,將磷酸系化合物(B)之附著率當作(b)重量%時,較佳為滿足以下之條件。
條件1. 30≧a+b≧2.0
條件2. a≧0.05
條件3. b/a≧1
於上述條件1中,由於固相聚合用油劑之油分附著率(a+b)愈多則愈可抑制熔黏,故較佳為2.0重量%以上,另一方面,由於若過多則纖維發黏而處理性變差,故較佳為30重量%以下,更佳為4.0重量%以上20重量%以下。再者,固相聚合用油劑對纖維之油分附著
率(a+b),係指對於固相聚合用油劑塗布後之纖維,藉由實施例記載之手法所求得的油分附著率之值。
於條件2中,由於無機粒子(A)之附著率(a)為0.05重量%以上,無機粒子所致的熔黏抑制效果係變顯著。從均勻附著之觀點來看,附著率(a)之上限係5重量%以下為目標。
於條件3中,藉由使磷酸系化合物(B)之附著率(b)成為無機粒子(A)之附著率(a)以上,源自磷酸系化合物(B)之固相聚合時的縮合鹽形成所致優異洗淨性係顯著地出現,而且從抑制無機粒子(A)與纖維間之固著的觀點來看亦較佳。
再者,此處所稱之無機粒子(A)之附著率(a)及磷酸系化合物(B)之附著率(b),係指藉由下式所算出之值。
(無機粒子(A)之附著率(a))=(a+b)×Ca÷(Ca+Cb)
(磷酸系化合物(B)之附著率(b))=(a+b)×Cb÷(Ca+Cb)
此處,Ca係指固相聚合用油劑中的無機粒子(A)之濃度,Cb係指固相聚合用油劑中的磷酸系化合物(B)之濃度。
其次,將經熔融紡絲的液晶聚酯纖維予以固相聚合。藉由進行固相聚合,分子量升高,強度、彈性模數、延伸度升高。固相聚合係可作為絞紗狀、絲束狀(例如截置於金屬網等上進行),或在輥間連續地作為絲條進行處理,但從設備可簡單化,生產性亦可提高之點來看,較佳為以將纖維捲取在芯材上的捲裝狀而進行。
以捲裝狀而進行固相聚合時,為了熔黏防止,進行固相聚合時的纖維捲裝之捲體密度係重要,為了防止捲體崩壞,捲體密度較佳為0.01g/cc以上。又,為了避免熔黏,捲體密度較佳為1.0g/cc以下,更佳為0.8g/cc以下。此處所稱之捲體密度,就是自捲裝外尺寸與心材的筒管之尺寸所求的捲裝之佔有體積Vf(cc)與纖維之重量Wf(g),藉由Wf/Vf計算之值。又,由於捲體密度若過度地小則捲裝係捲體崩壞,故較佳為0.1g/cc以上。再者,佔有體積Vf係實測捲裝之外形尺寸,或拍攝照片而在照片上測定外形尺寸,假定捲裝為旋轉對稱而計算求得之值,Wf係自纖度與捲取長度來計算之值,或藉由捲取前後的重量差來實測之值。
如此捲體密度小的捲裝,當以熔融紡絲中的捲取來形成時,由於設備生產性、生產效率化提高而較宜,另一方面,於將經熔融紡絲所捲取的捲裝予以重繞而形成時,由於可減小捲繞張力,可進一步減小捲體密度而較佳。由於在重繞中愈減小捲繞張力則捲體密度愈小,故捲繞張力較佳為0.50cN/dtex以下,更佳為0.30cN/dtex以下。再者,下限係沒有特別的限定,但本發明中可達到的下限為0.01cN/dtex左右。
為了降低捲體密度,重繞速度較佳為500公尺/分鐘以下,更佳為400公尺/分鐘以下。另一方面,為了生產性,重繞速度高者係有利,較佳為50公尺/分鐘以上,特佳為100公尺/分鐘以上。
又,為了在低張力下亦形成安定的捲裝,捲
體形態較佳係兩端成為錐形的錐形端捲取。此時,錐形角較佳為70°以下,更佳為60°以下。又,當錐形角小時,無法增大纖維捲裝,於需要長條的纖維時較佳為1°以上,更佳為5°以上。再者,本發明所稱之錐形角係由以下之式所定義。
此處,θ:錐形角(°),d:捲厚(mm),li:最內層的衝程(mm),lo:最外層的衝程(mm)。
再者,於捲裝形成中捲繞數亦重要。所謂的捲繞數,就是在橫向半往復之間,錠子旋轉之次數,以橫向半往復之時間(分)與錠子旋轉數(rpm)之積所定義,捲繞數大者表示綾角小。捲繞數小者係纖維間的接觸面積小,有利於熔黏回避,但捲繞數愈高則愈可減輕在端面的綾落、捲裝之膨脹,捲裝形狀成為良好。基於此等之點,捲繞數較佳為2以上20以下,更佳為5以上15以下。
為了形成纖維捲裝而使用的筒管(bobbin),只要是圓筒形狀者則任何者皆可,在捲取成為纖維捲裝時,藉由安裝在捲取機上,使其旋轉而捲取纖維,形成捲裝。於固相聚合時,亦可將纖維捲裝與筒管一體地處理,但亦可自纖維捲裝僅拔出筒管而處理。於捲繞在筒
管上處理時,該筒管必須耐得住固相聚合溫度,較佳為鋁或黃銅、鐵、不銹鋼等之金屬製。又,此時在筒管上有多數的空孔者,由於可快速地去除聚合反應副生成物,有效率地進行固相聚合而較佳。另外,自纖維捲裝拔出筒管而處理時,較佳為預先在筒管外層安裝外皮。還有,在防止捲裝最內層的纖維與筒管外層的熔黏之點上,較佳為於任一情況中皆在筒管之外層上捲繞緩衝材,在其上捲取液晶聚酯熔融紡絲纖維。緩衝材之材質,較佳為由有機纖維或金屬纖維所成之氈,厚度較佳為0.1mm以上20mm以下。亦可以該緩衝材代替前述外皮。
纖維捲裝的絲長(捲量)係1萬公尺以上1000萬公尺以下為較佳的範圍。
固相聚合係可在氮等的非活性氣體環境中或如空氣之含氧的活性氣體環境中或減壓下進行,但為了設備的簡單化及纖維或芯材的抗氧化,較佳為在氮氣環境下進行。此時,固相聚合的環境氣氛較佳係露點為-40℃以下之低濕氣體。
當供固相聚合的液晶聚酯纖維之吸熱峰溫度為Tm1(℃),固相聚合溫度係最高到達溫度較佳為Tm1-60℃以上。由於成為如此之熔點附近的高溫,固相聚合係快速地進行,可提高纖維之強度。再者,此處所稱之Tm1係液晶聚酯纖維之熔點,本發明中指藉由實施例記載之測定方法所求得之值。再者,為了熔黏防止,最高到達溫度較佳為低於Tm1(℃)。又,將固相聚合溫度相對於時間階段地或連續地升高者,係可防止熔黏,
同時可提高固相聚合的時間效率而較佳。此時,由於隨著固相聚合之進行而液晶聚酯纖維之熔點上升,故固相聚合溫度係可升高至固相聚合前之液晶聚酯纖維的Tm1+100℃左右為止。惟,此時在可提高固相聚合速度且防止熔黏之點,亦固相聚合的最高到達溫度較佳為固相聚合後的纖維之Tm1-60(℃)以上且低於Tm1(℃)。
為了充分提高纖維的分子量,即強度、彈性模數、延伸度,固相聚合時間係在最高到達溫度較佳為5小時以上,更佳為10小時以上。另一方面,由於強度、彈性模數、延伸度增加之效果係隨著經過時間而飽和,故為了提高生產性,較佳為50小時以下。
本發明中,從高次加工的製程通過性、製品的外觀上之缺點抑制的觀點來看,較佳為將經固相聚合的纖維予以洗淨。由於進行洗淨而去除熔黏防止用的固相聚合用油劑,可抑制在以後之步驟,例如在織造步驟之因固相聚合用油劑對於導件等之堆積所造成的製程通過性之惡化、堆積物對於製品的混入所造成的缺點之生成等。
作為洗淨方法,亦可舉出以布或紙擦拭纖維表面之方法,但由於若對於固相聚合絲給予力學的負荷則進行原纖維化,故較佳為將纖維浸入固相聚合用油劑可溶解或分散的液體中之方法。除了在液體中的浸漬,還使用流體來吹掉之方法,係由於可有效率地去除經液體所膨潤的固相聚合用油劑而較佳。
為了減低環境負荷,用於洗淨之液體較佳為
水。液體之溫度愈高則愈可提高去除效率,較佳為30℃以上,更佳為40℃以上。惟,由於溫度過高時,液體之蒸發變顯著,故較佳為液體之沸點-20℃以下,較佳為沸點-30℃以下。
於用於洗淨的液體中,從洗淨效率提高之觀點來看,較佳為添加界面活性劑。為了提高去除效率,且減低環境負荷,界面活性劑之添加量較佳為0.01~1重量%,更佳為0.1~0.5重量%。
再者,為了提高洗淨效率,較佳為對用於洗淨的液體,給予振動或液流。此時,亦有使液體進行超音波振動等之手法,但從設備簡單化、節能之觀點來看,較佳為給予液流。液流給予之方法係有液浴內的攪拌、用噴嘴的液流給予等之方法,但用噴嘴進行係可以簡單地實施將液浴循環時的供給,故較佳為用噴嘴的液流給予。
為了增加每單位時間的處理量,洗淨亦可將纖維以絞紗狀、絲束狀或捲裝之狀態浸入液體中,但為了纖維長度方向的均勻去除,較佳為使纖維邊連續地前進邊浸入液體中。連續地將纖維浸入液體中之方法,亦可為使用導件等將纖維導引至浴內之方法,但為了抑制因與導件的接觸阻力所造成的固相聚合纖維之原纖維化,較佳為在浴之兩端設置狹縫,使纖維可經過此狹縫而通過浴內,且在浴內不設置絲道導件。
再者,使捲裝狀的固相聚合絲連續地前進時,將纖維解舒,但為了抑制在剝離固相聚合所發生的
輕微熔黏時之原纖維化,較佳為一邊使固相聚合捲裝旋轉,一邊在與旋轉軸呈垂直方向(纖維環繞方向)中將絲解舒,藉由所謂的橫向輸送進行解舒。
作為如此的解舒方法,可舉出使用馬達等以一定旋轉數來積極驅動之方法,邊使用跳動輥控制旋轉數邊調速解舒之方式,在自由輥上掛上固相聚合捲裝,邊藉由調速輥來拉伸纖維邊解舒之方法。又,將液晶聚酯纖維以捲裝之狀態浸入液體中,照那樣進行解舒之方法,亦由於可有效率地去除油分,而是較佳的態樣。
再者,使用流體來吹掉時所用之流體較佳為空氣或水。特別地於流體使用空氣時,由於亦可期待使液晶聚酯纖維表面乾燥之效果,故防止其後的步驟中污垢之堆積,即預料收率之改善,而是較佳的態樣。
其次,對於經固相聚合的纖維,以熔點+50℃以上之溫度施予熱處理。再者,此處所稱之熔點,就是指藉由實施例記載之測定方法所求得的Tm1。以下,將纖維之熔點記載為Tm1。藉由對於液晶聚酯纖維以Tm1+50℃以上之高溫施予熱處理,耐磨耗性大幅提高。再者,當單纖維纖度小時,其效果變顯著。
如液晶聚酯之剛直的分子鏈為鬆弛時間長,於表層鬆弛的時間之內,內層亦鬆弛而纖維熔融。因此,檢討適合液晶聚酯纖維的耐磨耗性提高技術,結果發現在液晶聚酯時,不使分子鏈鬆弛,藉由加熱使纖維全體的結晶化度、結晶的完全性降低,可提高耐磨耗性。
再者,為了使結晶性降低,必須將纖維加熱
至熔點以上,但於熱塑性合成纖維中,在如此的高溫下,尤其於單纖維纖度小之情況,強度、彈性模數降低,更且發生熱變形、熔融(熔斷)。在液晶聚酯亦見到如此的行為,但本發明者們係在所謂液晶聚酯之熔點,著眼於自結晶轉移至液晶之溫度,發現於經固相聚合的液晶聚酯纖維中,由於隨著分子量增加而鬆弛時間係變非常地長,故液晶的分子運動性低,即使在熔點以上之高溫進行熱處理,也只要是短時間,則可以高水準維持著分子鏈之配向,使結晶化度降低,強度、彈性模數之降低小。基於此等,發現特別地對於單紗纖度小的液晶聚酯纖維,藉由以短時間進行Tm1+50℃以上之高溫熱處理,可在不大幅損害液晶聚酯纖維之強度、彈性模數、耐熱性下,提高耐磨耗性。
為了纖維的結晶化度之降低、結晶的完全性之降低,高溫熱處理溫度較佳為經固相聚合的纖維之Tm1+60℃以上,更佳為Tm1+80℃以上,最佳為Tm1+130℃以上。由於處理溫度若過度地高則處理後的纖維之高溫下的熱變形變大,故較佳為Tm1+200℃以下,更佳為Tm1+180℃以下。
再者,以往係有進行液晶聚酯纖維的熱處理之例,但由於液晶聚酯即使在熔點以下之溫度也因應力而進行熱變形(流動),故一般在熔點以下進行。於熱處理之點,液晶聚酯纖維會固相聚合,但即使於此情況下,若處理溫度亦不是纖維的熔點以下,則纖維會熔黏、熔斷。於固相聚合時,由於隨著處理而纖維的熔點上升,
故最終的固相聚合溫度會成為處理前的纖維之熔點以上,但即使於該情況下,處理溫度也比已處理的纖維之熔點,即熱處理後的纖維之熔點還低。
本發明中的高溫熱處理不是進行固相聚合,而是減少因固相聚合所形成的緻密結晶部分與非晶部分之構造差,即藉由使結晶化度、結晶的完全性降低、非晶化而提高耐磨耗性。因此,處理溫度即使因熱處理而熔點變化,也較佳為變化後的纖維之Tm1+50℃以上,基於此點,處理溫度較佳為處理後的纖維之Tm1+50℃以上,更佳為Tm1+60℃以上,尤佳為Tm1+80℃以上,最佳為Tm1+130℃以上。
又,作為不同的熱處理,有液晶聚酯纖維之熱延伸,但熱延伸係因高溫而使纖維緊張者,纖維構造係分子鏈的配向變高,強度、彈性模數增加,結晶化度、結晶之完全性維持著,即△Hm1為高,熔點的波峰半值寬為小。因此,成為耐磨耗性差之纖維構造,與以使結晶化度降低下(△Hm1減少),使結晶的完全性降低(波峰半值寬增加)而提高耐磨耗性者為目的之本發明的熱處理不同。再者,於本發明所稱之高溫熱處理,由於結晶化度降低,強度、彈性模數係不增加。
高溫熱處理較佳為邊使纖維連續地前進邊進行,因為防止纖維間的熔黏,提高處理的均勻性。此時為了防止原纖維之發生,且進行均勻的處理,較佳為進行非接觸熱處理。作為加熱手段,有使用環境氣氛的加熱、雷射或紅外線之輻射加熱等,但較佳為使用區塊或
板式加熱器的狹縫式加熱器所致的加熱,因為兼具環境氣氛加熱、輻射加熱這兩者之效果,處理的安定性升高。
本發明中,高溫熱處理的伸長率為0.1%以上且小於3.0%。本發明中所謂的伸長率,就是使用熱處理前的絲速度(V0)與熱處理後的絲速度(V1),由以下之式所表示。再者,熱處理前及後之絲速度,係各自與熱處理前及後管制絲速度的輥之表面速度同義。
(伸長率(%))=(V1-V0)×100/V0
於習知技術中,關於高溫熱處理的伸長、鬆弛亦有記載,但此之目的為行進安定性的提高、或耐磨耗性之改善,更且施以更高的伸長,而使纖維變細。然而,以本發明目的之耐磨耗性的改善與高溫下熱變形抑制之並存之點來看時,尤其關於高溫下的熱變形抑制,新明白熱處理的伸長為影響者。此理由雖然未充分清楚,但推測如以下。
如上述,高溫熱處理係在熔點+50℃以上之高溫進行。於該溫度,液晶聚酯纖維的結晶部分係熔解,成為經配向的非晶(液晶)狀態。於習知技術的思想中,目標不是藉由如此高溫下的熱鬆弛而弄亂非晶的配向者。
新知道的點在,經固相聚合的液晶聚酯纖維中,有如相互作用強的拘束點存在之可能性。由於如此之點的存在,僅以熱鬆弛係難以充分地弄亂非晶的配向,為了充分地弄亂,若提高熱處理溫度,則熱鬆弛之影響變大,非晶的配向係被大幅弄亂,因此高溫下的熱
變形會變大。即,僅以熱處理溫度的調整,係難以使高耐磨耗性與高溫下的熱變形抑制並存。
因此,適度的伸長為重要。可藉由使高溫熱處理下成為配向的非晶(液晶)狀態之液晶聚酯在纖維軸長度方向中稍微地變形,而破壞拘束點,同時藉由流動變形之作用,而抑制配向緩和。藉由此效果而減低液晶聚酯彼此的相互作用,而且可使配向的紊亂成為恰當的範圍,可使高耐磨耗性與熱變形抑制並存。
基於此考量,判斷進一步提高溫度,施予更高的伸長者係有效。然而,伸長之效果係拘束點之破壞,伸長之效果係在0%至3%左右之間最大地展現,即使比其更大,也效果飽和。另一方面,為了施予高的伸長率,必須降低對於伸長變形的阻力,即伸長黏度,必須提高熱處理溫度。於如此的情況中,提高熱處理溫度的效果係高於伸長的效果,無法達成熱變形之抑制。
本發明之技術的特徵係在於將迄今為止僅以高溫熱處理之溫度控制液晶聚酯纖維的耐磨耗性提高,藉由適度的伸長,而將相互作用降低與配向之紊亂可某左右獨立地控制之點。藉由此特徵,可使高的耐磨耗性與熱變形的抑制並存。
本發明中,伸長率為0.1%以上。由於為0.1%以上,得到耐磨耗性提高之效果。由於伸長率愈高則耐磨耗性愈提高,故較佳為0.5%以上,更佳為0.6%以上。另一方面,由於伸長率若過度地高,則非晶配向的紊亂變過大,高溫下的熱變形變大,故伸長率為小於3.0%,
更佳為2.5%以下。
處理速度(絲速度)雖然亦取決於處理長度,但由於愈高速則愈可能高溫短時間處理,耐磨耗提高效果升高,更且生產性亦提高,故較佳為100公尺/分鐘以上,更佳為200公尺/分鐘以上,尤佳為300公尺/分鐘以上。從纖維的行進安定性來看,處理速度之上限為1000公尺/分鐘左右。
處理長度(加熱器長度)雖然亦取決於加熱方法,但於非接觸加熱時,為了進行均勻的處理,較佳為100mm以上,更佳為500mm以上。又,由於處理長度若過度地長,則因加熱器內部的絲晃動而發生處理不均、纖維之熔斷,故較佳為3000mm以下,更佳為2000mm以下。
本發明中,較佳為於進行高溫熱處理後,接著在離纖維的加熱區域之1cm以上50cm以下之範圍內,使用絲道導件進行絲道管制後,進行捲取。
本發明中,由於在熱處理中給予恰當的伸長,而稍微地拉長纖維,延伸點的變動係與纖維的長度方向不均,更且斷絲有關聯,可通過長期運轉評價而得知。延伸點的變動之原因,判斷係因為高溫熱處理為熔點+50℃以上之高溫,而熱處理的張力小,發生絲晃動。由於伸長率為0%時,延伸本身係不發生,即使發生絲晃動而也難以發生斷絲,但本發明中由於給予伸長,絲晃動的影響係明顯化。
因此,為了減輕絲晃動,使用導件的管制係
有效。施予高溫熱處理之前的液晶聚酯纖維係有由擦過而發生原纖維化之可能性,但由於只要是熱處理後則耐磨耗性升高,故即使以低張力擦過,也不引起原纖維化。
絲道導件的設置位置較佳為離加熱區域的1cm以上50cm以下之範圍內。由於纖維係在離開加熱區域後被冷卻(空氣冷卻),故在離開加熱區域後邊稍微地變形邊被冷卻。由於此區域係絲晃動的影響最大,故在成為冷卻區域的1cm以上50cm以下之範圍內係有效,更佳為1cm以上20cm以下。
導件的設置條數較佳為1條以上。由於條數若多則擦過的次數增加,原纖維化可能性升高,故條數較佳為3條以下。再者,將複數條的導件在相對於纖維前進的方向中排列,於其間使纖維前進之方法亦有效。此時,設置位置係指複數條的導件中最靠近加熱器之側的位置。
導件之材質係可使用陶瓷、金屬等一般者,但為了減輕對於液晶聚酯纖維的損傷,較佳為將金屬表面鍍硬鉻者。又,為了將摩擦係數保持在恰當的範圍,不對纖維造成損傷,表面粗度係以JIS B0601:2001記載的方法所測定的Rzjis計,較佳為2~8之範圍,更佳為2~4。
於纖維與導件之接觸時,為了減輕對於纖維的損傷,較佳為使導件前後的行進張力比不過度地高,比導件更接近捲取側之區域的行進張力(T2)與接近加熱區域之側的行進張力(T1)之比T2/T1較佳為1.0以上2.0
以下。
最後對於高溫熱處理的纖維構造變化,自處理前後的纖維特性之差異來敘述。
此熱處理係在液晶聚酯纖維之熔點(結晶-液晶轉移溫度)以上的高溫施予短時間的熱處理者,結晶化度降低,但僅有些許配向緩和。此表示因熱處理而△Hm1減少,在Tm1的半值寬增加,但△n幾乎無變化之構造變化。又,由於處理時間短而分子量沒有變化。一般而言,結晶化度的降低係引起力學特性的大幅降低,於本發明之熱處理中雖然強度、彈性模數不增加而降低,但於本發明之方法中由於維持高的分子量與配向,而以高水準維持強度、彈性模數,且維持高的熔點(Tm1)、耐熱性。又,關於tanδ,藉由高溫熱處理而tanδ的波峰溫度係高溫化,波峰值上升。由於因熱處理而結晶性降低,波峰值上升,耐磨耗性提高。關於波峰溫度,由於結晶熔解而非晶的波峰增加,結果波峰溫度係高溫化。即,於不施予高溫熱處理的狀態中,由於波峰溫度低,結晶性高,而耐磨耗性低。
以下,藉由實施例來有具體說明本發明。再者,實施例中的各特性值係藉由以下之方法求得。
A.熱特性(Tm1、Tm2、Tm1波峰半值寬、△Hm1、△Hm2)
藉由TA instruments公司製DSC2920進行差示熱量測定,將自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所
觀測的吸熱峰之溫度當作Tm1(℃),將在Tm1的熔解熱量當作△Hm1(J/g)。於Tm1之觀測後,在Tm1+20℃之溫度保持5分鐘後,於20℃/分鐘的降溫條件下一旦冷卻至50℃為止,將再度於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰之溫度當作Tm2,將在Tm2的熔解熱量當作△Hm2(J/g)。纖維、樹脂皆進行同樣的測定,於樹脂中將Tm2當作熔點。
B.聚苯乙烯換算的重量平均分子量(分子量)
使用五氟苯酚/氯仿=35/65(重量比)的混合溶劑作為溶劑,以液晶聚酯之濃度成為0.04~0.08重量/體積%之方式使溶解而成為GPC測定用試料。再者,即使於室溫24小時的放置也有不溶物時,再靜置24小時,將上清液當作試料。使用Waters公司製GPC測定裝置來測定此,藉由聚苯乙烯換算而求得重量平均分子量(Mw)。
管柱:2支Shodex K-806M,1支K-802
檢測器:差示折射率檢測器RI
溫度:23±2℃
流速:0.8mL/分鐘
注入量:200μL
C.總纖度、單纖維纖度
用測長機取100m絞的纖維,使其重量(g)成為100倍,每1水準進行3次的測定,將平均值當作總纖度(dtex)。將此除以纖絲數而得之商當作單纖維纖度(dtex)。
D.強度、延伸度、彈性模數、強力變動率
依據JIS L1013:2010記載之方法,於100mm的試料長度、50mm/分鐘的拉伸速度之條件下,使用ORIENTEC公司製Tensilon UCT-100,每1水準進行10次之測定,將平均值當作強力(cN)、強度(cN/dtex)、延伸度(%)、彈性模數(cN/dtex)。再者,彈性模數係初期拉伸抵抗度。強力變動率係自強力的10次平均值的最大或最小值之差的絕對值中,使用那個較大的值藉由下式算出。
強力變動率(%)=((|最大值或最小值-平均值|/平均值)×100)
E.雙折射率(△n)
使用偏光顯微鏡(OLYMPUS公司製BH-2),藉由補償法,試料每1水準進行5次之測定,作為平均值求得。
F.損失正切(tanδ)
使用ORIENTEC公司製Vibron DDV-II-EP,於110Hz的頻率、0.13cN/dtex的初期荷重、3℃/分鐘的升溫速度之條件下,進行自60℃起至210℃為止的動態黏彈性測定,求得損失正切(tanδ)的波峰溫度、波峰值。看不到明確的波峰時,將升溫測定中的tanδ最大值當作波峰值,將當時的溫度當作波峰溫度(即,看不到明確的波峰時,60℃或210℃為波峰溫度)。看到複數的波峰時,將取得最大值者視為波峰值。又,於峰頂之值持續一定溫度時,將該溫度的平均值視為波峰溫度。
G.相對於纖維重量而言油分附著率
採取100mg以上的纖維,測定使在60℃乾燥10分鐘後的重量(W0),於相對於纖維重量100倍以上之水中加
有相對於纖維重量而言2.0重量%的十二基苯磺酸鈉之溶液中,浸漬纖維,在室溫超音波洗淨20分鐘,將洗淨後的纖維予以水洗,測定在60℃乾燥10分鐘後的重量(W1),藉由下式算出油分附著率。
(附著率(重量%))=(W0-W1)×100/W1
H.耐磨耗性C
將施加有1.23cN/dtex的荷重之纖維予以垂直地垂下,以相對於纖維呈垂直的方式,以2.7°的接觸角推壓直徑4mm的陶瓷棒狀導件(湯淺絲道工業(股)公司製,材質YM-99C),使導件以30mm的纖維軸方向衝程長、600次/分鐘的衝程速度擦過,每隔30秒進行實體顯微鏡觀察,測定在棒狀導件上或纖維表面上看到白粉或原纖維的發生為止之時間,求得7次測定中去掉最大值及最小值後的5次之平均值,當作耐磨耗性C。再者,將即使360秒的擦過後也沒有看到白粉或原纖維之發生的情況當作360秒。
I.高溫下的熱變形率(乾熱尺寸變化率)
依據JIS L1013:2010記載之方法,測定乾熱的絞尺寸變化率,當作高溫下的熱變形率。此時,將絞(hank)長測定時的荷重當作3.0cN/dtex,將處理溫度當作150℃,將處理時間當作5分鐘,乾熱處理時之荷重亦同樣。熱變形率係藉由以下之式求得。
(熱變形率(%))=(L1-L0)×100/L0
L0:乾熱處理前之絞長(cm)
L1:乾熱處理後之絞長(cm)
J.熱處理步驟的斷絲
自熱處理步驟中的斷絲次數與經處理的纖維長度,藉由下述式算出每100萬公尺的斷絲次數。再者,經處理的纖維長度係在實施例1~8、比較例1~6中為固相聚合捲裝1條部分,在實施例9~11、參考例3中為500萬公尺部分。
(斷絲(次/100萬公尺))=(斷絲次數(次))×100/(經處理的纖維長度(萬公尺))
L.製絲性
於熔融紡絲步驟中,計測已進行50萬公尺的捲取時之斷絲次數,根據以下之基準來判斷製絲性。斷絲次數愈少則製絲性愈良好,從工業的觀點來看,斷絲次數較佳為2次以下。
◎:0次
○:1~2次
△:3~4次
×:5次以上
(參考例1)
於具備攪拌翼、餾出管的5L之反應容器中,加入870重量份的對羥基苯甲酸、327重量份的4,4’-二羥基聯苯、89重量份的氫醌、292重量份的對苯二甲酸、157重量份的間苯二甲酸及1460重量份的醋酸酐(酚性羥基合計的1.10當量),於氮氣體環境下邊攪拌邊自室溫至145℃為止以30分鐘升溫後,在145℃使反應2小時。然後,以4小時升溫至335℃為止。
將聚合溫度保持在335℃,以1.5小時減壓至133Pa,再繼續反應40分鐘,於扭矩到達28kgcm時,結束聚縮合。其次,將反應容器內加壓至0.1MPa,經由具有1個直徑10mm的圓形吐出口之噴嘴,將聚合物吐出成股條(strand)狀物,用切刀來切粒。
所得之液晶聚酯的組成、熔點、分子量係如表1中記載。
(參考例2)
於具備攪拌翼、餾出管的5L之反應容器中,加入907重量份的對羥基苯甲酸與457重量份的6-羥基-2-萘甲酸及946重量份的醋酸酐(酚性羥基合計之1.03莫耳當量)於具備攪拌翼、餾出管的5L之反應容器,於氮氣體環境下邊攪拌邊自室溫至145℃為止以30分鐘升溫後,在145℃使反應2小時。然後,以4小時升溫至325℃為止。
將聚合溫度保持在325℃,以1.5小時減壓至133Pa,再繼續反應20分鐘,於到達指定扭矩時,結束聚縮合。其次,將反應容器內加壓至0.1MPa,經由具有1個直徑10mm的圓形吐出口之噴嘴,將聚合物吐出成股條(strand)狀物,用切刀來切粒。
所得之液晶聚酯的組成、熔點、分子量係如表1中記載。
(實施例1)
使用參考例1之液晶聚酯,進行160℃、12小時之真空乾燥後,用大阪精機工作股份有限公司製Φ15mm單軸擠壓機進行熔融擠出,邊以齒輪泵計量邊將聚合物供給至紡絲組件。於紡絲組件中使用金屬不織布過濾器來過濾聚合物,於表2記載之條件下吐出聚合物。再者,位於噴嘴孔之正上方的導入孔為直孔,導入孔與噴嘴孔的連接部分係使用錐形者。所吐出的聚合物係在通過40mm的保溫區域後,藉由25℃、空氣流的環狀冷卻風,自絲條的外側來冷卻及固化,然後給予以脂肪酸酯化合物作為主成分的紡絲油劑,以表2記載之紡絲速度,將全部纖絲牽引至第1導絲輥。使此通過相同速度的第2導絲輥後,全部纖絲中的1條以外係以吸槍吸引,剩餘的纖絲數1之纖維係經由跳動臂,以緯管捲繞機(神津製作所公司製EFT型捲繞機,無與捲取捲裝接觸的接觸輥)捲取成緯管之形狀。於50萬公尺的捲取中不發生斷絲,製絲性為良好。表2中顯示所得之紡絲纖維物性。再者,於所得之紡絲原紗的tanδ測定中,看不到明確的波峰,為
隨著溫度上升,單調地增加之行為。因此,本發明所定義的波峰溫度為210℃,波峰值為0.067。
自此紡絲纖維捲裝,使用津製作所公司製SSP-MV型複捲機(接觸長200mm,捲繞數8.7,錐形角45°)進行重繞。紡絲纖維之解舒係在縱向(相對於纖維環繞方向而言垂直方向)進行,不用調速輥,使用上油輥(粗面加工的不銹鋼輥)進行固相聚合用油劑之給油。於固相聚合用油劑中,使用在含有6.0重量%的下述化學式(4)所示的磷酸系化合物(B1)作為磷酸系化合物(B)之水溶液中,分散有1.0重量%的滑石SG-2000(日本TALC股份有限公司製)作為有機粒子(A)者。
重繞的芯材係使用在不銹鋼製的開孔筒管上捲繞有Kevlar氈(單位面積重量280g/m2,厚度1.5mm)者,面壓為100gf。表3中顯示重繞後固相聚合用油劑對於纖維的油分附著率以及重繞條件。
其次,自經重繞的捲裝來移除不銹鋼的開孔筒管,以纖維捲取在Kevlar氈上的捲裝之狀態,進行固相聚合。固相聚合係使用密閉型烘箱,自室溫至240℃為止以約30分鐘升溫,在240℃保持3小時後,以4℃/小時升溫至表3中所示的最高到達溫度為止,保持表3中所示的保持時間之間,進行固相聚合。再者,環境氣氛係將除濕氮以流量20NL/分鐘供給,以庫內不過度地加壓之方式,自排氣口使排氣。表3中顯示所得之固相聚合後纖維物性。再者,固相聚合後纖維的耐磨耗性C為30秒,為耐磨耗性差者。
最後,自固相聚合後的捲裝來將纖維解舒,連續進行高溫非接觸熱處理。將固相聚合後的捲裝嵌進自由輥筒子架(具有軸及軸承,外層部可自由地旋轉。無剎車及驅動源。),自此橫向(纖維環繞方向)拉出絲,連續地使纖維通過在兩端設有狹縫的浴長150cm(接觸長度150cm)之浴槽(內部無與纖維接觸的導件)內,洗淨去除油劑。洗淨液係含有0.2wt%的非離子.陰離子系之界面活性劑(三洋化成公司製Grandup US-30)的50℃溫水,以外部槽來調溫此,用泵供給至水槽。於供給至水槽之際,
使以5cm間隔開孔的管子通過水槽內,藉由供給至此管子,而對水槽內給予液流。再者,設有自狹縫及液面調整用之孔來回收所溢出的洗淨液,返回外部槽之機構。
洗淨後之纖維係接著通過在兩端設有狹縫的浴長23cm(接觸長23cm)之浴槽(在內部無與纖維接觸的無導件)內,用50℃的溫水清洗。清洗後的纖維係通過軸承輥導件,噴射空氣流而吹掉去除水後,通過200公尺/分鐘的附分離輥之第1輥。再者,由於筒子架(creel)為自由輥,藉由此輥來對纖維給予張力,進行自固相聚合捲裝的解舒,使纖維前進。
使通過輥後的纖維行進在經加熱的狹縫式加熱器間,於表4所示的條件下進行高溫非接觸熱處理。於狹縫式加熱器內不設置導件類,而且加熱器與纖維亦為非接觸。加熱器通過後的纖維係通過附分離輥的第2輥。再者,熱處理前的絲速度表示第1輥之表面速度,熱處理後的絲速度表示第2輥之表面速度。通過第2輥後的纖維係藉由陶瓷製的上油輥來給予以脂肪酸酯化合物作為主體的上油劑,用EFT型筒管橫向捲繞機(神津製作所公司製)捲取成緯管之形狀。表4中顯示高溫熱處理後的纖維物性。再者,此液晶聚酯纖維的△n為0.35,具有高的配向。
可知實施例1所得之纖維係可使高的耐磨耗性與低的熱變形率並存,亦可期待高次加工的製程通過性改善、缺點之減少,更且加工中之高溫下的熱變形抑制。
(比較例1~4、實施例2、3)
於此,對於高溫熱處理的伸長率之影響,進行評價。
除了使用實施例1所得的固相聚合絲,如表4改變熱處理溫度、伸長率以外,以與實施例1同樣之方法進行高溫熱處理。
於伸長率為5.0%之比較例2中,熱處理後立即發生斷絲,於進行4萬公尺的處理之間發生2次的斷絲,由於得不到3萬公尺以上之樣品而中止試驗。
表4中顯示所得之纖維的物性。可知只要伸長率為0.1%以上、小於3.0%,則斷絲亦少,於所得之纖維中可使優異的耐磨耗性與低的熱變形率並存。
於伸長率低之比較例1中,熱處理的斷絲次數稍多,tanδ波峰值高,熱變形率大。又,於伸長率為5.0%之比較例3中,為了斷絲抑制而提高溫度,tanδ波峰值上升,熱變形率大。於僅伸長率高之比較例4中,雖然tanδ波峰值小,熱變形率小,但耐磨耗性成為劣勢。
(實施例4、5)
於此,對於單紗纖度之影響,進行評價。
除了如表2改變吐出量、紡絲速度以外,以與實施例1同樣之方法進行熔融紡絲。於單紗纖度小之實施例5中,斷絲發生1次,但紡絲性為無問題。表2中顯示所得之纖維物性。
其次,除了如表3改變捲繞條件(量、張力、密度)以外,以與實施例1同樣之方法進行重繞、固相聚合。表3中顯示所得之固相聚合後纖維物性。
接著,除了如表4改變熱處理溫度以外,以與實施例1同樣之方法,進行高溫熱處理。於單紗纖度小之實施例5中,在10萬公尺的處理中斷絲發生1次,但製程通過性為大致無問題。
表4中顯示所得之纖維的物性。可知即使單紗纖度不同,也只要調節熱處理溫度,且伸長率為0.1%以上、小於3.0%,則於所得之纖維中,可使優異的耐磨耗性與低的熱變形率並存。
(實施例6)
於此,對於熱處理速度之影響,進行評價。
除了使用實施例1所得之固相聚合絲,如表4改變熱處理溫度、處理速度以外,以與實施例1同樣之方法進行高溫熱處理。
表4中顯示所得之纖維的物性。可知即使處理速度不同,也只要調節熱處理溫度,且伸長率為0.1%以上、小於3.0%,則斷絲少,於所得之纖維中,可使優異的耐磨耗性與低的熱變形率並存。
(實施例7)
於此,對於纖絲數之影響,進行評價。
除了如表2改變吐出量、噴嘴孔數、紡絲速度,使所吐出的纖絲收束,作為複絲捲取以外,以與實施例1同樣之方法進行熔融紡絲。斷絲發生1次,但紡絲性為無問題。表2中顯示所得之纖維物性。
其次,除了如表3改變捲量以外,以與實施例1同樣之方法進行重繞、固相聚合。表3中顯示所得之固相聚
合後纖維物性。
接著,除了如表4改變熱處理溫度、伸長率以外,以與實施例1同樣之方法進行高溫熱處理。在10萬公尺的處理中斷絲發生1次,但製程通過性為大致無問題。
表4中顯示所得之纖維的物性。可知即使為複絲,也只要調節熱處理溫度,且伸長率為0.1%以上、小於3.0%,則於所得之纖維中,可使優異的耐磨耗性與低的熱變形率並存。
(實施例8)
於此,對於聚合物組成之影響,進行評價。
除了使用參考例2所得之聚合物,如表2改變噴嘴孔徑、成型段長度、吐出量、紡絲速度以外,以與實施例1同樣之方法進行熔融紡絲。斷絲發生1次,但紡絲性為無問題。表2中顯示所得之纖維物性。
其次,除了如表3改變捲量以外,以與實施例1同樣之方法進行重繞、固相聚合。表3中顯示所得之固相聚合後纖維物性。
接著,以與實施例1同樣之方法,進行高溫熱處理。在10萬公尺的處理中斷絲發生1次,但製程通過性為大致無問題。
表4中顯示所得之纖維的物性。可知即使組成不同,也只要調節熱處理溫度,且伸長率為0.1%以上、小於3.0%,則於所得之纖維中,可使良好的耐磨耗性與低的熱變形率並存。
(比較例5、6)
於此,對於高溫熱處理之效果,進行評價。
除了使用實施例1及實施例8所得之固相聚合絲,不升溫加熱器,溫度為常溫,使加熱器前後之輥皆以200公尺/分鐘行進以外,以與實施例1、實施例8之熱處理同樣之方法使纖維前進,捲取纖維。即,自經固相聚合的纖維,進行解舒、洗淨,不熱處理而重捲之形式。
表4中顯示所得之纖維的物性。可知雖然熱變形率各自為低,但由於不施予高溫熱處理,故耐磨耗性低。於比較例5中tanδ波峰值低,於比較例6中波峰溫度低,可知於如此的情況下無法使良好的耐磨耗性與低的熱變形率並存。
(實施例9、參考例3)
於此,關於離開加熱區域後的導件設置之影響,進行長期運轉評價。即,供高溫熱處理的固相聚合絲為500萬公尺,主要注意看斷絲而進行評價。
除了使用實施例1所得之固相聚合絲,如表5中記載地在離開熱處理加熱器的位置設置2條直徑3.8mm的硬質鍍鉻粗面加工金屬棒狀導件(湯淺絲道工業(股)製棒狀導件,Rzjis=2~4)以外,以與實施例1同樣之方法進行高溫熱處理。再者,處理長度係固相聚合絲10條部分的500萬公尺(實施例9)。又,不設置導件,於與實施例1同樣之條件下進行500萬公尺的高溫熱處理(參考例3)。參考例3與實施例1之差異僅為處理長度之差異。
表5中顯示所得之纖維的物性。可知相對於參考例3,實施例9係斷絲次數少,行進安定性優異。於所得之
物性中,可知強力變動率變小,偏差變小。又,相對於參考例3,強度、延伸度、彈性模數係稍高,推測係因進行安定的處理而偏差變小之效果。如此地,可知藉由在離開加熱區域後設置導件來管制絲道,可抑制斷絲。
(實施例10、11)
於此,關於離開加熱區域後的導件設置位置之影響,進行長期運轉評價。
除了如表5改變伸長率、導件設置位置以外,以與實施例9同樣之方法進行高溫熱處理。再者,於實施例10、11與實施例3中,伸長率為相同,導件設置及處理長度為不同。
表5中顯示所得之纖維的物性。於實施例10中由於導件設置位置與加熱區域(加熱器)接近,而無法完成T1之測定。於實施例10中,與實施例3相比,可知儘管處理長度較長,也可減低斷絲。於實施例11中,亦同樣地與實施例3相比,可知減低斷絲次數。如此地,可知因導件設置位置為離加熱區域1cm以上50cm以下之範圍內,而可抑制斷絲。
Claims (5)
- 一種液晶聚酯纖維,其特徵為於差示熱量測定中,自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰(Tm1)之波峰半值寬為15℃以上,聚苯乙烯換算的重量平均分子量為25.0萬以上200.0萬以下,損失正切(tanδ)的波峰溫度為100℃以上200℃以下,損失正切(tanδ)的波峰值為0.060以上0.090以下。
- 如請求項1之液晶聚酯纖維,其中纖維的強力變動率為10%以下。
- 一種網眼織物,其包含如請求項1或2之液晶聚酯纖維。
- 一種熔融液晶性聚酯纖維之製造方法,其特徵為將熔融紡絲所得之液晶性聚酯纖維予以固相聚合,然後以於差示熱量測定中,自50℃起於20℃/分鐘的升溫條件下測定時所觀測的吸熱峰溫度(Tm1)+50℃以上之溫度,以0.1%以上且小於3.0%之伸長率,進行加熱處理。
- 如請求項4之熔融液晶性聚酯纖維之製造方法,其係於加熱處理後,接著在離加熱區域出口部1cm以上50cm以下之範圍內進行絲道導件所致的絲道管制,捲取。
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