JP3265714B2 - 高タフネス黒原着ポリアミド繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高タフネス黒原着ポリ
アミド繊維に関するものであり、さらに詳しくは、強靱
性および耐久性にすぐれ、漁網、ベルト、紐、土木ネッ
ト、およびターポリンなどの産業資材用途に適した高タ
フネス黒原着ポリアミド繊維に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】黒原着ポリアミド繊維は、すぐれた強靱
性や耐久性を有し、かつ染色することなく使用可能であ
ることから、漁網、ベルト、紐、土木ネット、およびタ
ーポリンなどの産業資材用途に好まれて使用されてい
る。

【０００３】そして、上記産業資材用途においては、軽
量化および経済性の点から、材料使用量を減少させるこ
とが要求されており、一方で常に強度および伸度を高め
ること、すなわち高タフネス化が必要とされている。

【０００４】しかるに、黒原着ポリアミド繊維は、カー
ボンブラック粒子を含有させることにより得ることがで
きるが、この場合カーボンブラック粒子が繊維中で異物
として作用するため、製糸工程で糸切れが発生し易く、
従来糸以上の高タフネス糸を得ることが困難であり、例
えば、強度が８．０ｇ／ｄで伸度が２２％以上の高タフ
ネスポリアミド繊維を工業的に製造することは困難であ
った。

【０００５】上記の問題は、カーボンブラック自身の１
次粒子径は通常数十ｍμと微細であるにもかかわらず、
ポリアミドポリマとブレンドして繊維化した時に、その
一部が約十倍以上の粒子径に凝集した粒子として繊維中
に分散し、それらが異物として作用することに起因して
いる。

【０００６】このような異物を除去するために、紡糸パ
ック中で濾過を強化する試みもなされているが、この場
合には急激な濾圧の上昇を生ずるため、パックフィルタ
ーの交換周期を速めることになり、実際には解決に至っ
ていない。

【０００７】したがって、高タフネス黒原着ポリアミド
繊維の製造については、カーボンブラック粒子を如何に
微分散させるかが重要なポイントであり、かかるカーボ
ンブラック粒子の分散性を改善する技術としては、例え
ば特開平３−２２０３１３号公報記載の方法が提案され
ている。

【０００８】すなわち、上記特開平３−２２０３１３号
公報の技術は、「一次粒子が２０ｍμ以下のカーボンブ
ラックを含む黒原着ポリアミド繊維を紡出するに際し
て、脂肪酸アミドをポリアミドの重量を基準として０．
０５重量％以上含有せしめたポリアミドを用いることを
特徴とするポリアミド繊維の製造方法」を開示するもの
である。

【０００９】しかしながら、この技術を産業資材用の黒
原着ポリアミド繊維の製造に適用すると、従来技術より
は若干高いレベルのタフネス繊維が得られるものの、産
業資材用途で求められているレベル、すなわち強度８．
０ｇ／ｄ以上、伸度２２％以上の高タフネス繊維を得よ
うとする場合には、延伸工程で糸切れが頻発し、かつ延
伸ロールの表面が急激に摩耗してしまい、工業的生産が
できないという問題があった。

【００１０】一方、カーボンブラック粒子がポリアミド
繊維中で異物として作用し、糸切れや高タフネス化の障
害となることを避けるため、カーボンブラックに替えて
有機顔料を採用することも行なわれているが、この方法
によっては、確かにカーボンブラックによる障害は避け
られるものの、カーボンブラック含有黒原着ポリアミド
繊維の特徴でもあるすぐれた耐候性が失なわれ、かつ一
般に高価格になるという問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術における問題点を解決するためになされたもので
あり、強度８．０ｇ／ｄ以上、伸度２２％以上の高タフ
ネスを有し、かつ耐候性にすぐれ、産業資材用途に適し
た黒原着ポリアミド繊維の提供を目的とするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の高タフネス黒原着ポリアミド繊維は、ポ
リアミド繊維中に、３００ｍμ以下に微分散されたカー
ボンブラック粒子を含有し、強度８．０ｇ／ｄ以上、伸
度２２％以上の特性を有することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の高タフネス黒原着ポリアミ
ド繊維は、カーボンブラック粒子として、チャンネル法
で製造されたカーボンブラックを用いたことを特徴とす
る。

【００１４】さらに、本発明の高タフネス黒原着ポリア
ミド繊維は、カーボンブラック粒子の含有量が、０．２
〜１．０重量％であることを特徴とする。

【００１５】本発明の高タフネス黒原着ポリアミド繊維
は、強度が８．０ｇ／ｄ以上、伸度が２２％以上、好ま
しくは強度が８．２ｇ／ｄ以上、伸度が２４％以上の高
タフネス特性を有する。

【００１６】カーボンブラックを含有しないポリアミド
繊維の場合は、上記レベルの高タフネスが得られるが、
カーボンブラックを０．２〜１．０重量％含有するポリ
アミド繊維であって、かつ上記の高タフネス特性を有す
るものが、工業的に製造された例はいまだに見当たらな
い。

【００１７】本発明で用いるポリアミドポリマとして
は、ナイロン６、ナイロン６６、およびナイロン４６な
どが挙げられ、これらを相互に組合わせた共重合ポリマ
またはブレンドポリマなども使用できる。

【００１８】そして、高タフネスを達成するためには、
硫酸相対粘度で３．０以上の高分子量ポリアミドを適用
するのが望ましい。ここでいう硫酸相対粘度とは、試料
濃度１％の硫酸溶液を２５℃で測定した値である。

【００１９】本発明の高タフネスポリアミド繊維は、黒
原着成分として繊維中に３００ｍμ以下に微分散された
好ましくは、チャンネルタイプのカーボンブラックを
０．２〜１．０重量％含むことを特徴とする。

【００２０】ここでいうチャンネルタイプカーボンブラ
ックとは、チャンネル法で製造されたカーボンブラック
のことである。

【００２１】従来の黒原着ポリアミド繊維は、一般にフ
ァーネスタイプカーボンブラックが用いられており、例
えば上記特開平３−２２０３１３号公報に記載の実施例
でもファーネスタイプカーボンブラックが使用されてい
る。

【００２２】ファーネスタイプカーボンブラックは、ポ
リアミドポリマ中への分散性が劣るが、さらに重大な欠
点は、このカーボンブラックを含むポリアミド繊維は製
糸工程で接触する金属類、例えばロール、熱板、および
ガイドなどを摩耗させ、かつ摩耗の進んだ部分の金属と
接触したポリアミド繊維が、しばしば糸切れしてしまう
ことである。

【００２３】かかる現象は従来から認められており、こ
のような金属の摩耗に係る障害を避けるためには、黒原
着ポリアミド繊維の製糸工程およびこの繊維を用いた製
品加工工程で接触するロール、熱板およびガイドなどの
交換頻度を高めて対策してきたのが実情である。

【００２４】特に近年、高タフネス化および生産の効率
化の要求に対処する製糸方法として、直接紡糸延伸法が
採用されるようになったことから、上記欠点が致命的と
なっていた。

【００２５】すなわち、ファーネスタイプカーボンブラ
ックを含有するポリアミド繊維を直接紡糸延伸法で製糸
すると、強度８．０ｇ／ｄ以上、伸度２２％以上の高タ
フネス繊維が得られないばかりか、特に高張力のかかる
延伸ロールの表面が摩耗してしまい、摩耗が進むに従っ
て糸切れが頻発するため、工業的な生産を断念せざるを
得ないのが実情であった。

【００２６】本発明の高タフネス黒原着ポリアミド繊維
は、繊維中にチャンネルタイプカーボンブラック粒子が
３００ｍμ以下、好ましくは２５０ｍμ以下に微分散さ
れていることが特徴である。

【００２７】カーボンブラック粒子の微分散の状態は、
透過型電子顕微鏡によって、例えば超薄切片法で試料調
整し、（株）日本電子製ＴＥＭ１２００ＥＸを用い、加
速電圧１００ＫＶで観察した写真によって確認すること
ができる。

【００２８】本発明において、カーボンブラック粒子が
微分散された状態とは、上記写真において、粒子の大き
いものから順次２０ケを選び、その平均値が３００ｍμ
以下、好ましくは２５０ｍμ以下であることを意味す
る。

【００２９】チャンネルタイプカーボンブラックは、比
較的ポリアミドポリマ中への分散性が良いが、さらに分
散性を改善するために、一般には分散剤を併用すること
が望ましい。

【００３０】ここでいう分散剤としては、高級脂肪酸ア
ミド化合物、例えばエチレンビスステアリルアミド、ス
チレンビスステアリルアミド、ステアリン酸アミド、パ
ルミチン酸アミドなど、およびパラフィン、ワックス、
高級脂肪酸、モノグリセリンのエステル、高級脂肪酸ア
ルコール、金属石鹸などが用いられる。

【００３１】また、分散効果を有するポリマとしては、
ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン６
１０、ナイロン１１、ナイロン１２などの２元、３元ま
たは４元共重合ポリマなどがあり、これらを適用するこ
とができる。

【００３２】カーボンブラックは、通常ポリアミドに対
し１０〜４０重量％の高濃度で重合時添加またはブレン
ドされてマスターチップとされる。次いでこのマスター
チップをナイロンポリマとブレンドして製糸することに
より、本発明の黒原着ポリアミド繊維が製造される。

【００３３】カーボンブラック濃度は、ポリアミド繊維
に対し０．２〜１．０重量％が適当である。０．２重量
％未満では黒の着色が不十分であり、１．０重量％を越
えると繊維物性の低下を生ずることがある。

【００３４】また、上記分散剤の添加量は、ポリアミド
繊維に対し０．０１〜０．１重量％、ナイロン共重合ポ
リマの場合は０．１〜１．０重量％の範囲が好ましい。
なお、分散剤を予めマスターチップ中に混合させておく
のが、カーボンブラック粒子のポリアミド中への分散効
果が良好であることから望ましい。

【００３５】マスターチップとして用いるポリマは、一
般に本発明に係る高タフネス黒原着ポリアミドと同種の
ものが用いられるが、重合度およびポリアミド種の異な
るポリマを用いることもできる。

【００３６】本発明の高タフネス黒原着ポリアミド繊維
の表面を、ＦＥ−ＳＥＭで５０００倍または１００００
倍で観察すると、フィラメントの表面には約１００〜３
００ｍμの凹凸がほぼ均一に分散しており、従来のファ
ーネスタイプカーボンブラックを含有する黒原着ポリア
ミド繊維に観察される、フィラメントの表面全域に形成
され、繊維軸に平行な亀裂やカーボンブラック粒子を含
んだフィッシュアイ状の亀裂などが認められないことが
特徴である。

【００３７】次に、本発明の高タフネス黒原着ポリアミ
ド繊維の製造法の具体例について説明する。

【００３８】まず、黒原着マスターチップを製造するた
め、硫酸相対粘度３．０以上のポリアミドポリマを１０
０部、１次粒子径が２０ｍμ以下のチャンネルタイプカ
ーボンブラックを１０〜３０部、前記分散剤を１〜１０
部、またはナイロン共重合ポリマ１０〜４０部を、２軸
型エクストルーダーを用いて混合溶融し、紡出する。紡
出したガットを冷水浴中に導いて冷却固化させた後、数
ｍｍの円筒状チップに切断してマスターチップとする。
マスターチップは一旦乾燥して０．１％未満の水分率と
する。

【００３９】上記マスターチップと、別に準備したポリ
アミドチップとを別々のホッパーに仕込み、それぞれホ
ッパーの下に設置した計量ブレンダーで計量した後、ブ
レンドする。ブレンド率はポリアミド繊維中のカーボン
濃度が０．２〜１．０重量％となるよう調整する。

【００４０】ブレンドしたチップは、連続して紡糸機で
溶融し、紡糸パック中で濾過した後、口金細孔より紡出
する。次に、紡出糸条に冷風を吹き付けて冷却固化させ
た後油剤を付与する。

【００４１】油剤は、一般に用られる平滑剤と活性剤を
主成分とし、微量の制電剤および極圧剤などを含む。本
発明の高タフネス黒原着ポリアミド繊維は、直接紡糸延
伸法で製造されるため、非水系油剤を付与することが好
ましい。前記固化した糸条に低粘性の鉱物油で希釈した
油剤を付与した後、引取りロールで引取り、引続いて給
糸ロールとの間で１〜１０％のストレッチを掛けなが
ら、原油剤を付与する。油剤の付与量は、製品糸として
０．５〜１．５重量％となるよう調整するのが望まし
い。

【００４２】従来のファーネスタイプカーボンブラック
を含有する黒原着ポリアミド繊維の場合は、前記引取り
ロールと給糸ロール間でストレッチをかけた際に生ずる
プレストレッチ張力が、約４倍程度にアップするのに対
し、本発明に係る高タフネス黒原着ポリアミド繊維の製
造方法においては、カーボンブラックを含有しないポリ
アミド繊維の場合とほぼ同レベルの低いプレストレッチ
張力に保つことができる。

【００４３】例えば、ストレッチを５％にした時、本発
明にかかるポリアミド繊維の張力は、延伸後の繊維のデ
ニール当り０．２〜０．４ｇであるのに対し、ファーネ
スタイプカーボンブラックを使用する場合は０．９〜
１．４ｇである。

【００４４】次に、前記給糸ロールと２対のネルソンロ
ールで２段の熱延伸を行なった後、リラックスロールと
の間で２〜１０％の弛緩熱処理をして捲取る。引取りロ
ールの速度、すなわち紡糸速度は３００〜１０００ｍ
分、延伸速度は１５００〜４０００ｍ／分の範囲が好適
である。延伸に適用する最高の温度は、ポリアミドの融
点および該融点から４０℃低い温度との間に設定するの
が望ましい。

【００４５】かくして製造された本発明の高タフネス黒
原着ポリアミド繊維は、強度８．０ｇ／ｄ以上、伸度２
２％以上の高タフネスを有している。

【００４６】そして、ＴＥＭで超薄切片法で観察したカ
ーボンブラックの分散状態は、一部最大粒径が２００〜
３００ｍμのものもあるが、大部分はさらに微細な粒子
として均一に分散している。

【００４７】また、ＦＥーＳＥＭで観察したフィラメン
トの表面は、１００〜３００ｍμ程度の凹凸が均一に分
散しているものの、繊維軸方向の亀裂は観察されない。

【００４８】そして、本発明の高タフネス黒原着ポリア
ミド繊維は、従来の黒原着ポリアミド繊維と同等のすぐ
れた耐候性を保持している。

【００４９】さらに別の効果として、本発明の高タフネ
ス黒原着ポリアミド繊維は、カーボンブラックが微分散
した結果として、従来より数十％含有量が少なくても鮮
明な黒色に発色するという利点も認められる。

【００５０】次に、実施例より、本発明の実施態様につ
いて具体的に説明する。

【００５１】

【実施例１〜３】硫酸相対粘度３．４のナイロン６チッ
プに、チャンネルタイプのカーボンブラック（" スペシ
ャルブラック" ）を２０重量％、およびエチレンビスス
テアリルアミドを２重量％混合してマスターチップを製
造した。

【００５２】上記マスターチップ１重量部と、マスター
チップに用いたと同じナイロン６チップ３９重量部を計
量混合しながら、エクストルーダー型紡糸機で溶融し
た。溶融ポリマを紡糸パック中で、平均孔径２０μの金
属不織布を通して濾過した後、孔径０．５ｍｍ、孔数２
８の口金を通して紡糸した。

【００５３】紡糸糸条を２０℃の冷風で冷却固化させた
後、炭素数Ｃ13の高級炭化水素で２０重量％に希釈した
油剤を付与し、引取りロールで５００ｍ／分の速度で引
取った。

【００５４】次いで、引取糸条に対し、引取りロールと
５０℃に加熱された給糸ロールとの間で、５％のストレ
ッチをかけながら原液油剤を付与した。油剤は原糸に対
し約１重量％となるよう付与したが、引取りロール前で
約０．２重量％、残りを引取りロールと給糸ロール間で
付与した。

【００５５】上記５％のストレッチをかけた時の張力
は、カーボンブラックを添加しないポリマを製糸した場
合と同レベルの低張力であった。

【００５６】引き続いて、糸条を給糸ロールと１２０℃
に加熱されたネルソンタイプの第１延伸ロールとの間
で、３．０倍に延伸し、さらに２１０℃に加熱されたネ
ルソンタイプの第２延伸ロールとの間で１．５倍に延伸
した。

【００５７】さらに、延伸された糸条を、１２０℃のネ
ルソンタイプのリラックスロールとの間で、８％の弛緩
熱処理をして捲取った。

【００５８】上記の方法により、８４０Ｄ−２８ｆｉｌ
の黒原着ポリアミド繊維が得られた。

【００５９】この黒原着ポリアミド繊維について、マス
ターチップ組成、黒原着ポリアミド繊維成分および５％
ストレッチ時張力を表１に、また繊維物性およびカーボ
ンブラックの分散性を表２に、それぞれ実施例１として
示した。

【００６０】なお、表２中ＥＢＡはエチレンビスステア
リルアミドを意味し、またロール摩耗性の評価結果は下
記の内容を示す。 ◎…１ケ月後ほとんど摩耗なし ×…３日後著しく摩耗。

【００６１】表１の結果から明らかなように、本発明の
黒原着ポリアミド繊維は、強度、伸度共に高く高タフネ
スで、かつカーボンブラックの分散性がよく、ロール摩
耗を生じないばかりか、すぐれた耐候性も保有するもの
であった。

【００６２】また、実施例１と同様チャンネルタイプカ
ーボンブラックを用い、表１に示したように若干条件を
変更したマスターチップを用い、同様に製糸した結果
を、表１および表２に実施例２、実施例３として示し
た。

【００６３】表２の結果から明らかなように、この実施
例１および実施例２における黒原着ポリアミド繊維も、
高タフネスで、かつカーボンブラックの分散性がよく、
ロール摩耗を生じることかせなく、しかもすぐれた耐候
性を有するものであった。

【００６４】

【表１】

【表２】

【００６５】

【比較例１〜４】実施例１〜３で用いたチャンネルタイ
プカーボンブラックの代わりに、従来のファーネスタイ
プカーボンブラックまたは有機顔料を黒原着剤として用
いたマスターチップを用い、実施例１〜３と同様の方法
で製糸した結果を、表１および表２に比較例１〜４とし
て併せて示した。

【００６６】表１および表２の結果から明らかなよう
に、ファーネスタイプカーボンブラックを用いた場合
は、強度、伸度が低く、ロール摩耗を生じ、しばしば糸
切れを生じるばかりか、延伸直前の５％ストレッチ時の
張力が著しくアップするという問題を生じる。

【００６７】一方、有機顔料を用いた場合は、繊維物
性、製糸性共に良好でロール摩耗も生じなかったが、従
来の黒原着ポリアミド繊維に比べて、耐候性が著しく劣
っていた。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高タフネ
ス黒原着ポリアミド繊維は、強度８．０ｇ／ｄ以上、伸
度２２％以上と、従来にない高タフネスを有しており、
かつすぐれた耐候性も保持しているため、漁網、ベル
ト、紐、土木ネットおよびターポリンなどの産業資材用
途に望ましく適用することができる。そして、特に従来
の黒原着ポリアミド繊維よりも高タフネスである特徴を
生かして、製品中の繊維の量を減少させることができる
ため、軽量化でき、製造コスト面でも有利である。

【００６９】また、本発明の高タフネス黒原着ポリアミ
ド繊維は、チャンネルタイプカーボンブラックの粒子
が、ポリアミド中できわめて微分散しているため、カー
ボンブラックの含有量が数十％少なくても鮮明な黒色に
発色するという特徴を有している。

【００７０】さらに、本発明の高タフネス黒原着ポリア
ミド繊維の製造過程および繊維の製品化加工工程におい
ては、繊維がロール、熱板およびガイドなどの金属と接
触しても、金属の摩耗が著しく軽減されるため、これら
金属装置および部品などの交換周期が延長できるという
利点を有する。

【００７１】また、本発明の高タフネス黒原着ポリアミ
ド繊維は、産業資材用ポリアミド繊維以外の、例えばカ
ーペット用黒原着糸、カーボンブラック入り導電性芯鞘
繊維、黒原着太繊度モノフィラメント、あるいはポリア
ミド繊維以外の黒原着繊維にも適用することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D01F 6/90 301 D01F 1/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリアミド繊維中に、３００ｍμ以下に
   微分散されたカーボンブラック粒子を含有し、強度８．
   ０ｇ／ｄ以上、伸度２２％以上の特性を有することを特
   徴とする高タフネス黒原着ポリアミド繊維。
2. 【請求項２】 カーボンブラック粒子が、チャンネル法
   で製造されたカーボンブラックであることを特徴とする
   請求項１記載の高タフネス黒原着ポリアミド繊維。
3. 【請求項３】 カーボンブラック粒子を、０．２〜１．
   ０重量％含有することを特徴とする請求項１または２記
   載の高タフネス黒原着ポリアミド繊維。