DE69612703T2

DE69612703T2 - Gesponnenes Garn aus Polybenzazolfasern

Info

Publication number: DE69612703T2
Application number: DE69612703T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Hokudoh
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1996-07-03
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2016-07-04
Also published as: DE69612703D1; EP0753608B1; US5624752A; JPH0921025A; JP3468323B2; EP0753608A3; EP0753608A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft gesponnenes Garn einer Polybenzazolfaser, welche hervorragende Eigenschaften, wie hohe Festigkeit und hohe Hitzebeständigkeit, hat und einen guten Griff besitzt.
Die herkömmlichen Fasern mit hoher Festigkeit und hoher Hitzebeständigkeit, wie para-polymerisierte aromatische Polyamidfasern, können nur ein gesponnenes Garn mit extrem geringer Festigkeit ergeben, und die ursprüngliche Festigkeit dieser Fasern wird zum Zweck des Herstellens eines gesponnenen Garns mit hoher Festigkeit und hoher Hitzebeständigkeit nicht vollständig genutzt. Als ein Versuch, die Faserfestigkeit auszunutzen, ist ein gesponnenes Garn mit einer Einzelfaserfeinheit von 1 Denier oder weniger, vorzugsweise 0,8 Denier oder weniger, und auch mit einer geringen Anzahl an Flusen vorgeschlagen worden, welches "spezielles gesponnenes Garn" genannt wird (siehe z. B. JP-A-4-361633/1992).
Die technische Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist, ein gesponnenes Garn zu entwickeln, indem die hohe Festigkeit und hohe Hitzebeständigkeit vollständig verwirklicht sind, im Vergleich zu den herkömmlichen gesponnenen Garnen mit hoher Festigkeit und hoher Hitzebeständigkeit, ohne spezielle feintitrige Fasern zu verwenden. Diese technische Aufgabe ist durch die Erkenntnis gelöst worden, daß das Spinnen bestimmter Polybenzazolfasern unter bestimmten Bedingungen ermöglicht, diesen Zweck zu erzielen.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung ein gesponnenes Garn bereit, umfassend eine Polybenzazolfaser mit einer Einzelfaserfeinheit von 1 bis 3 Denier und einer mittleren Faserlänge von 30 bis 200 mm, wobei das gesponnene Garn eine Festigkeit von 15 g/d oder größer hat und der folgenden Beziehung genügt:
10,0 ≤ K · (L)1/3 ≤ 15,0 (1)
wobei K die Verdrehungskonstante ist, die durch T/(Ne)1/2 ausgedrückt ist, und L die mittlere Faserlänge in Millimetern ist, wobei T die Anzahl der Drehungen pro Zoll ist und Ne die Britische Baumwollnummer des gesponnenen Garns ist. Es wird bevorzugt, daß das vorstehende gesponnene Garn Polybenzazolfasern mit einer Längenverteilung umfaßt.
Das gesponnene Garn der vorliegenden Erfindung besitzt hohe Festigkeit und hohe Hitzebeständigkeit, bezogen auf die Zersetzungstemperatur von Polybenzazolfasern, die bei 650ºC erreicht wird, und hohe flammhemmende Eigenschaften, ebenso wie einen guten Griff und ein gutes Erscheinungsbild wegen des guten Gleichgewichts zwischen der mittleren Faserlänge und der Anzahl der Drehungen. Außerdem besitzen Stoffe, die mit dem erfindungsgemäßen gesponnenen Garn erhalten werden, hervorragende Beständigkeit gegen Schnitte.
Die im erfindungsgemäßen gesponnenen Garn verwendete Polybenzazolfaser besitzt eine Einzelfaserfeinheit von 1 bis 3 Denier, vorzugsweise 1 bis 2,5 Denier. Wenn die Feinheit geringer als 1 Denier ist, werden viele Flusen auf jedem Strang des gesponnenen Garns erzeugt, welche verantwortlich sind für die schlechte Verarbeitbarkeit bei der Textilbehandlung des gesponnenen Garns und für die schlechte Erscheinung eines Stoffs, der mit dem gesponnenen Garn erhalten wird. Außerdem ist die Festigkeit des gesponnenen Garns nicht zufriedenstellend. Wenn die Feinheit größer als 3 Denier ist, ist die Anzahl der im gesponnenen Garn enthaltenen Fasern verringert, welches verantwortlich ist für eine Verringerung der Festigkeit des gesponnenen Garns und für die schlechte Weichheit eines Stoffs, der mit dem gesponnenen Garn erhalten wird. Außerdem ist die Beständigkeit des Stoffs bei Kontakt mit Flammen auch verringert, bezogen auf die flammhemmenden Eigenschaften und die Hitzebeständigkeit von Polybenzazolfasern.
Die im erfindungsgemäßen gesponnenen Garn verwendete Polybenzazolfaser besitzt eine mittlere Faserlänge von 30 bis 200 mm, vorzugsweise von 50 bis 200 mm. Wenn die mittlere Faserlänge kleiner als 30 mm ist, ist die Festigkeit des gesponnenen Garns verringert. Wenn die mittlere Faserlänge größer als 200 mm ist, weist das gesponnene Garn einen schlechten Griff auf, so daß es nur für stark beschränkte Zwecke verwendet werden kann.
Zum Beispiel können die Flusen des gesponnenen Garns nicht wirksam genutzt werden, um die Haftung an Gummi oder andere Materialien zu verbessern, um ein Verbundmaterial zu erzeugen. Im Hinblick auf diese Punkte ist es auch zweckmäßig, eine Längenverteilung der Polybenzazolfasern, die im erfindungsgemäßen gesponnenen Garn verwendet werden, vorzunehmen.
Als ein Verfahren zum Erhalten solch eines gesponnenen Garns, das Fasern mit einer Längenverteilung umfaßt, wird ein Verfahren erwähnt, in welchem ein Werggarn aus Einzelfasern zu einem dünnen Faserband reißgesponnen wird, welches dann Vorspinn- und Spinnschritten unterzogen wird, wodurch ein gesponnenes Garn erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Feinheit der Einzelfasern, die im Bereich von 1 bis 3 Denier liegt, nützlich, um das Reißspinnen eines Werggarns zu erleichtern, um die parallele Orientierung der Einzelfasern in einem erhaltenen Faserband zu erzielen, und um die Einheitlichkeit auf dem Faserband zu erhöhen.
Solch ein Spinnverfahren des Reißspinnsystems ist ein bevorzugtes Beispiel des Verfahrens, um das erfindungsgemäße gesponnene Garn zu erhalten, weil es nützlich ist, um ein gesponnenes Garn mit hoher Festigkeit bereitzustellen, ebenso wie um die parallele Orientierung der Einzelfasern zu erzielen, und um die Einheitlichkeit auf dem Faserband zu erhöhen.
In einem herkömmlichen Spinnverfahren, das eine Karde verwendet, sollten die Fasern gekräuselt werden, um gute Eigenschaften beim Durchlaufen der Karde zu zeigen. Wenn solche gekräuselten Fasern, die aus Polybenzazolfasern hergestellt wurden, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, genau betrachtet werden, können viele Querrillen gefunden werden, welche "Kinke" (engl. "kinks") genannt werden. Diese Kinken sind direkt verantwortlich für eine Verringerung der Festigkeit der Fasern und folglich für eine Verringerung der Festigkeit des gesponnenen Garns. Außerdem werden die Fasern an den Kinkenstellen durch Einwirken von Sonnenlicht beeinträchtigt, woraus auch eine Verringerung der Festigkeit der Fasern und folglich eine Verringerung der Festigkeit des gesponnenen Garns resultiert.
Das Spinnverfahren des Reißspinnsystems ist ein ziemlich nützliches Verfahren zum Erhalten eines gesponnenen Garns mit hoher Festigkeit, das Polybenzazolfasern umfaßt, weil solch ein gesponnenes Garn erhalten werden kann, ohne den Fasern Kräuseln zu verleihen. Sogar im Fall des herkömmlichen Spinnverfahrens unter Verwendung einer Karde kann das erfindungsgemäße gesponnene Garn auch durch Verwenden von Herstellungsbedingungen erhalten werden, so daß die Fasern nur im geringst möglichen Ausmaß beschädigt werden.
Der Begriff "Fasern mit einer Längenverteilung", wie hierin verwendet, bezieht sich auf Fasern mit einer konstanten Verteilung ihrer Länge, wie solche, die durch das Spinnverfahren des Reißspinnsystems erhalten werden, ausgenommen Fasern mit gleicher Länge, welche durch das sogenannte Schneiden auf gleiche Länge erhalten werden.
Das erfindungsgemäße gesponnene Garn sollte der folgenden Beziehung genügen:
10,0 ≤ K · (L)1/3 ≤ 15,0 (1)
wobei K die Verdrehungskonstante ist, die durch T/(Ne)1/2 ausgedrückt ist, und L die mittlere Faserlänge in Millimetern ist, wobei T die Anzahl der Drehungen pro Zoll ist und Ne die Britische Baumwollnummer des gesponnenen Garns ist.
Die Beziehung (1) ist wesentlich für das gesponnene Garn mit hoher Festigkeit, mit einem guten Griff und einem guten. Erscheinungsbild. Wenn der Wert von K·(L)1/3 kleiner als 10 ist, ist die Festigkeit des gesponnenen Garns verringert. Wenn der Wert von K·(L)1/3 größer als 15 ist, ist die Festigkeit des gesponnenen Garns bei einer Verringerung des Nutzungsgrads der Faserfestigkeit auch verringert; außerdem wenn das gesponnene Garn zu einem Stoff verarbeitet wird, fühlt sich der Stoff rauh und steif an. Der Wert von K·(L)1/3 liegt vorzugsweise im Bereich von 11,0 bis 14,0. Die Verdrehungskonstante liegt vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 4,0.
Das erfindungsgemäße gesponnene Garn kann für Textilprodukte, wie Gewebe, verwendet werden, in welchem Fall Gewebe mit hoher Festigkeit und hohen flammhemmenden Eigenschaften erhalten werden können und vorzugsweise in Leinwand, verschiedenen Arbeitsbekleidungen und dergleichen verwendet werden können. Wenn das erfindungsgemäße gesponnene Garn als Kette oder Schuß eines Gewebes oder beides verwendet wird, kann die Festigkeit des Gewebes für die gewünschten Zwecke auf einfache Weise verbessert werden.
Außerdem wird es in einer bestimmten Anwendung, die keine hohe Festigkeit, aber gute Durchlaufeigenschaften im nachfolgenden Schritt oder ein bestimmtes Maß an mechanischen Eigenschaften im Produkt erfordert, möglich, eine Gewichtsersparnis bei Geweben zu erzielen. Das erfindungsgemäße gesponnene Garn besitzt ein zusätzliches Merkmal, hervorragende Schnittfestigkeit zu besitzen, und es kann deshalb vorzugsweise für viele Zwecke, wie Sicherheitsschutzvorrichtungen, die dieses Merkmal nutzen, verwendet werden.
Der Begriff "Polybenzazolfasern", wie hierin verwendet, bezieht sich auf verschiedene Fasern, die aus einem Polybenzazol(PBZ)-Polymer hergestellt wurden, das aus Polybenzoxazol(PBO)-Homopolymeren, Polybenzothiazol(PBT)-Homopolymeren und statistischen, Sequenz- oder Bloclkcopolymeren von Polybenzoxazol und Polybenzothiazol ausgewählt ist. Die Polybenzoxazol-, Polybenzothiazol- und statistischen, Sequenz- oder Blockcopolymere davon sind offenbart, zum Beispiel in Wolfe et al., "Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products", US Patent-Nr. 4,703,103 (27. Oktober 1987), "Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products", US Patent-Nr. 4,533,692 (6. August 1985), "Liquid Crystalline Poly-(2,6-Benzothiazole) Compositions, Process and Products", US Patent-Nr. 4,533,724 (6. August 1985), "Liquid Crystalline Polymer Compositions, Process and Products", US Patent-Nr. 4,533,693 (6. August 1985); Evers, "Thermooxidatively Stable Articulated p-Benzobisoxazole and p-Benzobisthiazole Polymers", US Patent-Nr. 4,359,567 (16. November 1982); und Tsai et al., "Method for Making Heterocyclic Block Copolymer", US Patent-Nr. 4,578,432 (25. März 1986).
Die im PBZ-Polymer enthaltene Struktureinheit ist vorzugsweise aus lyotropen Flüssigkristallpolymeren ausgewählt. Beispiele der Monomereinheit für diese Polymere werden durch die folgenden Strukturformeln (a) bis (h) veranschaulicht. Es wird bevorzugt, daß das PBZ-Polymer im wesentlichen aus wenigstens einer Monomereinheit mit einer Struktur besteht, die aus diesen Strukturformeln (a) bis (h), stärker bevorzugt (a) bis (c), ausgewählt ist:
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht.

Beispiele 1-3 und Vergleichsbeispiele 1-2

Eine Spinnlösung wurde durch Lösen von cis-Polybenzoxazol (PBO) mit einer Eigenviskosität von 30 dl/g in einem Verhältnis von 14 Gewichtsprozent (Gew.-%) in Polyphosphorsäure hergestellt und aus einer Düse mit 334 Öffnungen, die jede einen Durchmesser von 0,22 mm hat, bei 160ºC mit einer Ausstoßgeschwindigkeit von 0,122 cc pro Öffnung extrudiert. Die so aus der Düse extrudierte faserförmige Spinnlösung wurde durch einen Luftspalt mit einer Breite von 22 cm geführt, in welchem sie gereckt wurde. Die faserförmige Spinnlösung wurde durch ein Koagulierungsbad, das auf etwa 22ºC eingestellt war, geführt. Die koagulierten Fasern wurden nacheinander auf fünf oder mehr Walzenpaaren bei einer Laufgeschwindigkeit von etwa 200 m/min mit Wasser gewaschen, anschließend vorgetrocknet, ohne aufgespult zu werden, und dann mit einem Spinnöl beschichtet und nachfolgend aufgespult. Die so erhaltenen Fasern hatten eine Einzelfaserfestigkeit von 42 g/d und eine Einzelfaserfeinheit von 1,5 Denier (1 den = 1,1 dtex). Diese Fasern wurden durch Doublierung zu einem Werggarn mit einer Feinheit von 30000 Denier verbunden, welcher durch eine Intrusionskräuselmaschine gekräuselt und dann von einer Kreismesserschneidemaschine in Polybenzoxazolstapelfasern mit verschiedenen Faserlängen geschnitten wurde.
Die so erhaltenen PBO-Stapelfasern wurden zum Herstellen eines gesponnenen Garns der Britischen Baumwollnummer 20 verwendet, aus dem ein Gewebe in Leinwandbindung ("plain weave") hergestellt wurde.
Die physikalischen Eigenschaften des gesponnenen Garns zusammen mit dem Gewebegriff des Gewebes in Leinwandbindung sind in Tabelle 1 gezeigt. Die gesponnenen Garne der Beispiele 1-3 zeigten gute Gewebeergiebigkeit. Im Gegensatz dazu bewirkten die gesponnenen Garne der Vergleichsbeispiele 1-2 wegen ihrer hohen Dralltendenz das Vorkommen von Teilen voller Kinken und hatten folglich schlechte Handhabungseigenschaften. TABELLE 1
Die Gewebe in Leinwandbindung der Beispiele 1-3 hatten einen guten oder sehr guten Griff, was direkt auf den weichen Griff der PBO-Fasern zurückzuführen war. Im Gegensatz dazu hatten die Gewebe in Leinwandbindung der Vergleichsbeispiele 1-2 einen steifen Griff.
Allgemein hatten die Gewebe in Leinwandbindung der Beispiele 1-3 wegen der hohen Garnfestigkeit wie gewünscht gute mechanische Eigenschaften, flammhemmende Eigenschaften und einen guten Griff. Die flammhemmenden Eigenschaften wurden durch das Verfahren bestimmt, das in JIS L 1091 definiert ist, und es wurde festgestellt, daß die Länge des verschmorten Bereichs 0 cm betrug, was sehr gute flammhemmende Eigenschaften anzeigt.

Beispiele 4-5 und Vergleichsbeispiele 3-7

Eine Spinnlösung wurde durch Lösen von cis-Polybenzoxazol (PBO) mit einer Eigenviskosität von 30 dl/g in einem Verhältnis von 14 Gewichtsprozent (Gew.-%) in Polyphosphorsäure hergestellt und aus einer Düse mit 334 Öffnungen, die jede einen Durchmesser von 0,22 mm hat, extrudiert. Die so aus der Düse extrudierte faserförmige Spinnlösung wurde durch einen Luftspalt mit einer Breite von 22 cm geführt, in welchem sie gereckt wurde. Die faserförmige Spinnlösung wurde durch ein Koagulierungsbad, das auf etwa 22ºC eingestellt war, geführt. Die koagulierten Fasern wurden nacheinander auf fünf oder mehr Walzenpaaren bei einer Laufgeschwindigkeit von etwa 200 m/min mit Wasser gewaschen, anschließend vorgetrocknet, ohne aufgespult zu werden, und dann mit einem Spinnöl beschichtet und nachfolgend aufgespult. Die so erhaltenen Fasern hatten eine Spinnöl beschichtet und nachfolgend aufgespult. Die so erhaltenen Fasern hatten eine Einzelfaserfestigkeit von 42 g/d und eine in Tabelle 2 gezeigte Einzelfaserfeinheit. Diese Fasern wurden durch Doublierung zu einem Werggarn mit einer Feinheit von 30000 Denier verbunden, wobei das Werggarn sofort zu Fasern mit einer in Tabelle 2 gezeigten mittleren Faserlänge reißgesponnen wurde.
Ein Faserband dieser Fasern wurde Vorspinn- und Spinnschritten unterzogen, um ein gesponnenes Garn der Britischen Baumwollnummer 30 herzustellen, aus dem ein Gewebe in Leinwandbindung hergestellt wurde.
Die physikalischen Eigenschaften des gesponnenen Garns zusammen mit dem Gewebegriff des Gewebes in Leinwandbindung sind in Tabelle 2 gezeigt. In den Beispielen 4-5 hatten die gesponnenen Garne gute physikalische Eigenschaften und die Gewebe in Leinwandbindung hatten einen guten Griff. Im Vergleichsbeispiel 3 hatte das gesponnene Garn schlechte physikalische Eigenschaften, während das Gewebe in Leinwandbindung einen guten Griff hatte. In den Vergleichsbeispielen 4-7 hatten die gesponnenen Garne schlechte physikalische Eigenschaften und die Gewebe in Leinwandbindung hatten einen schlechten bis sehr schlechten Griff. TABELLE 2

Claims

1. Gesponnenes Garn, umfassend eine Polybenzazolfaser mit einer Einzelfaserfeinheit von 1 bis 3 Denier und einer mittleren Faserlänge von 30 bis 200 mm, dadurch gekennzeichnet, daß das gesponnene Garn eine Festigkeit von 15 g/d oder größer hat und der folgenden Beziehung genügt:

10,0 ≤ K · (L)1/3 ≤ 15,0 (1)

wobei K die Verdrehungskonstante ist, die durch T/(Ne)1/2 ausgedrückt ist, und L die mittlere Faserlänge in Millimetern ist, wobei T die Anzahl der Drehungen pro Zoll ist und Ne die Britische Baumwollnummer des gesponnenen Garns ist.

2. Gesponnenes Garn nach Anspruch 1, wobei das gesponnene Garn Polybenzazolfasern mit einer Längenverteilung umfaßt.

3. Gesponnenes Garn nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polybenzazolfaser eine Einzelfaserfeinheit von 1 bis 2, 5 Denier hat.

4. Gesponnenes Garn nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Polybenzazolfaser eine mittlere Faserlänge von 50 bis 200 mm hat.

5. Gesponnenes Garn nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das gesponnene Garn der folgenden Beziehung genügt:

11,0 ≤ K · (L)1/3 ≤ 14,0 (2)

wobei K und L die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung haben.

6. Gesponnenes Garn nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Polybenzazolfaser aus einem polymeren Material hergestellt ist, das aus Polybenzoxazol-Homopolymeren, Polybenzothiazol-Homopolymeren und Copolymeren von Polybenzoxazol und Polybenzothiazol ausgewählt ist.

7. Gesponnenes Garn nach Anspruch 6, wobei das polymere Material eine Monomereinheit umfaßt, die ausgewählt ist aus: