TWI677605B

TWI677605B - 聚苯硫單絲纖維及其製造方法

Info

Publication number: TWI677605B
Application number: TW103111423A
Authority: TW
Inventors: 齋藤智仁; Tomonori Saito
Original assignee: 日商Ｋｂ世聯股份有限公司; Kb Seiren, Ltd.
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2019-11-21
Also published as: JPWO2014157543A1; JP6283352B2; WO2014155891A1; WO2014157543A1; TW201504491A

Abstract

本發明提供一種物性穩定之聚苯硫單絲纖維及其製造方法。

本發明係關於一種聚苯硫單絲纖維，其附著於纖維表面之油分實質上僅為聚醚成分，且較佳為附著於纖維表面之油分量為0.4質量%~1.5質量%，進而較佳為聚醚成分為聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇或使該等之2種以上共聚合而成之共聚合聚醚。又，本發明係關於一種聚苯硫單絲纖維之製造方法，該製造方法係將聚苯硫進行熔融紡絲，以實質上僅附著聚醚系成分0.4質量%~1.5質量%之方式，將含有實質上僅以聚醚成分作為油分之水系乳液賦予至絲線來作為附著油分後進行延伸。

Description

聚苯硫單絲纖維及其製造方法

本發明係關於一種聚苯硫單絲纖維及其製造方法。

聚苯硫具有耐熱性、耐化學品性、難燃性、電氣絕緣性等優異之特性，且具有優異之成型加工性或機械強度，故而可廣泛地用作金屬代替材料或於極限環境下可耐受之材料。於纖維或單絲纖維中，亦發揮該素材之特徵，於氣體過濾器、液體過濾器、電氣絕緣構件等中不斷擴大用途，同時對於以高生產性製造該等纖維之方法亦提出各種技術，但當前技術存在如下現狀：若與作為通用聚合物之聚酯纖維或聚醯胺纖維等相比，則於生產性或品質之方面差。

於專利文獻1中，記載有於熔融紡絲時賦予水系乳液油劑後，賦予非水系油劑之聚苯硫纖維之製造方法，作為水系乳液之成分，揭示有以平滑劑、活性劑、乳化劑等作為主成分者。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2009-185438號公報

然而，若使用專利文獻1中記載之水系乳液製造聚苯硫單絲纖維，則有物性不易穩定之問題。

因此，本發明之目的在於解決如上所述之問題，獲得一種物性穩定之聚苯硫單絲纖維及其製造方法。

為了達成上述目的，本發明者發現：藉由並非賦予先前所使用之混合有平滑劑、活性劑、乳化劑等複數種成分之油劑，而是賦予包含實質上僅為特定成分之油分之油劑，可使聚苯硫單絲纖維之物性穩定，從而完成本發明。

即，第一，本發明係一種聚苯硫單絲纖維，其附著於纖維表面之油分實質上僅為聚醚成分。

第二，本發明係如上述1記載之聚苯硫單絲纖維，其中，附著於纖維表面之油分量為0.4質量%~1.5質量%。

第三，本發明係如上述1或2記載之聚苯硫單絲纖維，其中，聚醚成分為聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、或使該等之2種以上共聚合而成之共聚合聚醚。

第四，本發明係如上述1至3記載之聚苯硫單絲纖維，其中，聚苯硫單絲纖維之纖度為5 dtex以上且50 dtex以下。

第五，本發明係一種聚苯硫單絲纖維之製造方法，其將聚苯硫進行熔融紡絲，以實質上僅附著聚醚成分0.4質量%~1.5質量%之方式，將含有實質上僅含有聚醚成分作為油分之水系乳液賦予至絲線來作為附著油分後進行延伸。

第六，本發明係如上述5記載之聚苯硫單絲纖維之製造方法，其中水系乳液之濃度為1~10質量%。

根據本發明，可提供一種物性穩定之聚苯硫單絲纖維。此種聚苯硫單絲纖維可用作過濾器或過濾器補強劑等纖維製品，尤其可用於暴露於有機溶劑或強酸、強鹼等化學藥品、或高溫等下之化學、電子/電氣、汽車、食品、精密機器、醫藥/醫療等之製造現場。

以下，詳細地說明本發明。

於本發明中，所謂聚苯硫，係指具有苯硫單元作為主要之重複單元之高分子(聚合物)。作為苯硫單元，可列舉對苯硫單元或間苯硫單元等。聚苯硫可為由對苯硫單元或間苯硫單元等所構成之均聚物，亦可為具有該等之共聚物，就耐熱性、加工性、經濟性之觀點而言，最佳為對苯硫之重複單元。

聚苯硫之聚合物類型有交聯型、半交聯型、線狀(線型)，於紡絲、延伸性之方面，線型最優異，故而較佳為使用線型。

又，亦可於不損害本發明之效果之範圍內，於聚苯硫中少量含有：各種金屬氧化物、高嶺土、二氧化矽等無機物，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、結晶成核劑、螢光增白劑、末端基封端劑、相容劑等各種添加劑。

單絲纖維之纖度較佳為5 dtex以上且50 dtex以下，更佳為10 dtex以上且40 dtex以下。本發明之效果於該等範圍內尤其有用。

於單絲纖維之纖度未達5 dtex之情形時，有紡絲、延撚之作業性變差而難以生產之虞。

附著於本發明之單絲纖維之表面之油分實質上僅為聚醚成分。通常之合成纖維之紡絲時所賦予之油劑通常使用混合有乳化劑、平滑劑、活性劑等複數種成分，且實質上亦包含聚醚成分以外者作為油分之油劑，但此種油劑無法獲得本發明之效果。

於本發明中，所謂油分實質上僅為聚醚成分，係指油分僅由如聚乙二醇或聚丙二醇、聚丁二醇之單成分聚醚、或使該等聚醚中之2種以上共聚合而成之共聚合聚醚所構成。該等油分中，較佳為共聚合聚醚，例如可列舉烷基PO/EO等。再者，認為作為平滑成分之聚醚成分係於纖維表面形成油膜，藉由使用共聚合聚醚可使油膜變得更加牢固，減少因捲取中產生之捲結對捲裝體內層之纖維造成之損傷，藉此抑制物性偏差，此外，由於為牢固之油膜，故而油膜不易因各種導件(guide)之摩擦而剝離，纖維之摩擦係數變小，高次步驟通過性變得良好。

作為含有聚醚系之油分之油劑，亦有使用於醚成分中包含酯成分之聚醚酯之情況，但為了獲得本發明之效果，較佳為不含酯等成分而實質上僅由聚醚成分所構成之油分。

上述聚醚成分之平均分子量較佳為2000~13000，更佳為3000~10000。其原因在於：若平均分子量為2000以上，則可於纖維表面形成牢固之油膜，若平均分子量為13000以下，則有雖油劑之黏度因作為油分之聚醚成分之平均分子量增加而變高，纖維表面之摩擦係數變高，但對高次步驟通過性不產生影響之傾向。

本發明中之所謂平均分子量，係指以GPC(Gel Permeation Chromatography，凝膠滲透層析法)所測定之數量平均分子量。

於本發明中，作為實質上使聚醚成分附著於纖維表面之方法，較佳為於附著時，作為將由聚醚成分構成之油分相對於總量於水中分散1質量%~10質量%而成之水系乳液使用，進而較佳為1質量%~8質量%之水系乳液。若使用該乳液濃度超過10質量%之高濃度之水系乳液，則有於附著規定油分時物性變得不穩定之情況，故而較佳為此種低濃度之水系乳液。

附著於本發明之單絲纖維之表面之油分量較佳為0.4質量%~1.5質量%。即，為了於纖維表面上充分地形成藉由油分形成之牢固油膜，較佳為0.4質量%以上。又，若附著之油分量較多，則有未完全附著於單絲纖維表面之油分附著於紡絲時之各輥而妨礙穩定製造之傾向，就該方面而言，上述油分量較佳為1.5質量%以下。更佳為0.6質量%~1.3質量%。

再者，水會對聚苯硫單絲纖維之物性產生何種影響尚無定論，但於如單絲纖維般單絲纖度粗之纖維自噴嘴孔噴出並於空氣中冷卻時，有以下可能性：於如相對於纖維長度方向不產生纖維徑不均之冷卻條件下，無法充分冷卻至纖維之中心部而捲繞於捲裝體。因此，認為於經捲取之捲裝體內充滿熱量而成為產生物性偏差之主要原因。然而，認為於賦予油分時，藉由使用低濃度水系乳液而與油分一併附著大量水，熱導率高於空氣之水會將殘留於纖維中心部之熱量進行冷卻，使所捲取之捲裝體內難以充滿熱量。因此，於冷卻纖維時，並非藉由空氣進行冷卻而藉由以霧狀或蒸汽狀之方法供給水，有獲得本發明之聚苯硫單絲纖維之可能性，但使用水系乳液之方法較為經濟。

關於本發明之聚苯硫單絲纖維之較佳之製造方法之例，記載於以下。

本發明之聚苯硫單絲纖維係將具有對苯硫單元或間苯硫單元等苯硫單元作為重複單元之市售之顆粒狀之聚苯硫進行熔融紡絲而製造

聚苯硫之顆粒較佳為於熔融紡絲前，於100℃~180℃乾燥4~24小時左右後使用。其原因在於：藉由主要將購入時附著於顆粒表面之水分去除，且適度進行結晶化，可利用紡絲機順利地進行熔融。

於熔融紡絲時，聚苯硫之熔融擠出可使用公知之方法，較佳為使用擠壓機型(extruder)擠出機。經熔融擠出之聚苯硫經由配管而於齒輪泵(gear pump)等公知之計量裝置內進行計量，並移送至公知之紡絲組件(spin pack)，向安裝於紡絲組件之單絲纖維用紡絲噴嘴導入。

自噴嘴孔所噴出之絲線較佳為藉由氣體而冷卻。氣體可使用空氣、或氮氣或氧氣、水蒸汽等之混合氣體等任意之氣體，就操作性之方面而言，較佳為空氣。冷卻氣體之溫度由冷卻效率與冷卻風速之平衡決定即可，但為了均勻地冷卻絲線，較佳為40℃以下。又，冷卻氣體較佳為於相對於絲線大致垂直之方向上流動。

將油劑利用輥方式或導件方式賦予至經冷卻固化之絲線，並藉由以一定速度旋轉之輥(導絲輥)進行牽引，利用導筒機(bobbin winder)進行捲取而獲得未延伸絲。牽引速度較佳為400m/min~1800m/min，就生產性、操作性之方面而言，進而較佳之範圍為800m/min~1600m/min。

賦予油劑之輥或導件之設置係如公知般，較佳為於牽引於導絲輥之前。

如此所獲得之未延伸絲於暫時捲取後，以延撚機實施延伸處理。例如，延伸處理係於經加熱之第1輥與未加熱之第2輥之間進行，此時，根據第1輥與第2輥之周速度(peripheral velocity)之比進行延伸。

於該等輥上亦可附屬分離輥(separate roller)，使纖維環繞於輥並對纖維加熱及固定速度。於該情形時，為了使加熱溫度穩定及使周速度固定，纖維向各輥之環繞數較佳為3次~10次。

上述第1輥之加熱溫度較佳為85℃~100℃。

延伸倍率係最終輥速度相對於第1輥速度之比，只要配合目標伸度適當設定即可，若考慮高次步驟中之作業性，則伸度較佳為30%~45%。因此，延伸倍率較佳為2.3倍~4.0倍。

延伸操作可為1段亦可為多段。

進而，為了提高單絲纖維之熱尺寸穩定性，較佳為使用加熱體進行熱定型(thermal set)。加熱體可使用加熱輥、烘箱、熱板等公知之加熱體。熱定型可於第1輥與第2輥之間設置加熱體而與延伸同時進行，較佳為於延伸後進行熱定型。熱定型溫度較佳為120℃以上且200℃以下。藉由設為120℃以上，容易獲得沸水收縮率為8.0%以下之尺寸穩定性優異之單絲纖維。又，若超過200℃，則容易產生因熔融斷開所導致之斷頭。進而較佳為130℃以上且180℃以下。若提高熱定型溫度，則容易產生因熔融斷開所導致之斷頭，故而藉由於熱定型時進行0.5%~5%左右之鬆弛處理，即便不提高熱定型溫度亦可獲得較高之熱尺寸穩定性。

又，於上述中，記載了於將未延伸絲暫時捲取後進行延伸之方法，亦可採用不暫時捲取未延伸絲而進行延伸之直接紡絲延伸法。

如此，將聚苯硫進行熔融紡絲，賦予附著油分實質上僅由聚醚成分所構成之油劑，進行延伸並利用捲繞機(winder)進行捲取，藉此可獲得聚苯硫單絲纖維之纖維捲裝體。作為纖維捲裝體，可列舉線筒管形狀、杯形狀等各種形狀者。

並且，如此所獲得之本發明之纖維捲裝體成為物性偏差較少之聚苯硫單絲纖維。

於本發明中，由暫時經捲取之未延伸絲實施複數次延伸時所獲得之延伸絲之纖維捲裝體較佳為各自之物性偏差均勻。

又，如此所獲得之本發明之聚苯硫單絲纖維之強伸度若考慮高次步驟中之操作性，則較佳為強度為3.0 cN/dtex以上，伸度為30%以上。

[實施例]

以下，列舉本發明之實施例與比較例，對本發明具體地進行說明，但本發明並不受以下之實施例限定。各評價項目係根據以下之方法。

(1)纖度

基於JIS L1013(2010)8.3.1 A法中記載之方法進行測定。

(2)強度、伸度

基於JIS L1013(2010)8.5.1中記載之方法，於試樣長度200mm、拉伸速度200mm/min之條件下，使用島津製作所(股)製造之AGS 1KNG Autograph拉伸試驗機，對延伸絲之每個捲裝體進行10次測定，求出拉伸強度、伸度，分別設為強度(cN/dtex)、伸度(%)。

(3)附著油分量

精確稱量約2.0g之試樣(W)，放入萃取器後，利用甲醇10ml將試樣洗淨。稱量培養皿之質量(W1)，將於萃取器中洗淨試樣後之甲醇放入培養皿中，使甲醇揮發。稱量甲醇揮發後之培養皿之質量(W2)，使用以下之式算出附著油分量。

附著油分量=(W2-W1)/W×100

(4)物性偏差評價

物性偏差係依據下述基準判定所測定之伸度之平均值。

◎：10次之測定值相對於平均值均為±3%以內者。

○：10次之測定值相對於平均值均為±5%以內者(其中，◎不包括在內)。

△：10次之測定值相對於平均值均為±10%以內者(其中，◎、○不包括在內)。

×：10次之測定值相對於平均值有超過±10%之情形者。

(5)沸水收縮率

基於JIS L1013(2010)8.18.1 B法中記載之方法，利用處理溫度100℃之沸水，以處理時間15分鐘進行測定。

實施例1

準備聚苯硫之顆粒，於紡絲溫度328℃進行熔融紡絲。使用具有2個孔之紡絲用噴嘴，以延伸後之纖度成為33 dtex之噴出量噴出經熔融之聚苯硫。

經噴出之聚苯硫係利用單流型(uniflow type)冷卻裝置進行冷卻，以附著之油分量成為0.5質量%之方式賦予油劑A(乳液濃度為5質量%)，以牽引速度1000m/min進行牽引，使用絡筒機捲取未延伸絲。

將暫時經捲取之未延伸絲利用附屬有橡膠輥之進料輥進行牽引，於與第1輥之間對未延伸絲賦予拉伸後，分別於加熱至92℃之第1輥與未加熱之第2輥上環繞5周而實施加熱延伸。進而，使用第3輥，於第2輥與第3輥之間設置加熱至140℃之熱板，而於第2輥與第3輥之間實施4%之鬆弛處理與熱定型。合計延伸倍率為3.27倍，第3輥上之纖維係利用緯管機(pirn winder)，以800m/min進行捲取。

將所獲得之纖維之物性、物性偏差評價示於表1。

實施例2~3

如表1所示變更附著之油分量，除此以外，以與實施例1相同之方式進行紡絲、延伸。將絲物性、物性偏差評價一併示於表1。

實施例4~5

如表1所示變更乳液濃度與附著之油分量，除此以外，以與實施例1相同之方式進行紡絲、延伸。將絲物性、物性偏差評價一併示於表1。

實施例6

如表1所示變更噴出量，除此以外，以與實施例1相同之方式進行紡絲、延伸。將絲物性、物性偏差評價一併示於表1。

比較例1

使用油劑B(乳液濃度20質量%)，以附著之油分量成為0.5質量%之方式進行變更，除此以外，以與實施例1相同之方式進行紡絲、延伸。

製絲性良好，但物性偏差大，用於經紗時之斷頭較多，無法穩定地織造。

比較例2

將比較例1之乳液濃度變更為5質量%，除此以外，以與比較例1相同之方式進行紡絲、延伸。

製絲性良好，但物性偏差大，用於經紗時之斷頭多，無法穩定地織造。

比較例3

變更比較例2之噴出量，除此以外，以與比較例2相同之方式進行紡絲、延伸。

再者，用於實施例及比較例之油劑A及油劑B係油劑中所含之油分顯示如下所示之化合物或混合物者。油劑A為烷基PO/EO聚醚(平均分子量6000)，油劑B為月桂油酸酯66質量份、POE(Polyol Ester，多元醇酯)油醚10質量份、烷基磷酸胺鹽5質量份、油酸胺鹽12質量份、烷基磺酸鈉鹽5質量份、伸烷基二醇醚2.0質量份之混合物。

根據以上，由實施例所獲得之單絲纖維為物性偏差小、物性穩定者，可穩定地織造。又，由比較例所獲得之單絲纖維之物性偏差大，無法穩定地織造。

Claims

一種聚苯硫單絲纖維，其附著於纖維表面之油分僅為聚醚成分，附著於該纖維表面之油分量為0.4質量%~1.5質量%。
如申請專利範圍第1項之聚苯硫單絲纖維，其中，該聚醚成分為聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇或使該等之2種以上共聚合而成之共重合聚醚。
如申請專利範圍第1或2項之聚苯硫單絲纖維，其中，該聚苯硫單絲纖維之纖度為5分特克斯(dtex)以上且50分特克斯以下。
一種聚苯硫單絲纖維之製造方法，其係將聚苯硫進行熔融紡絲，以實質上僅附著聚醚成分0.4質量%~1.5質量%之方式，將含有實質上僅以聚醚成分作為油分之水系乳液賦予至絲線來作為附著油分後進行延伸。
如申請專利範圍第4項之聚苯硫單絲纖維之製造方法，其中，水系乳液之濃度為1~10質量%。