JP6994412B2 - パラ型全芳香族ポリアミド繊維 - Google Patents
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Description
しかしながら、従来の全芳香族ポリアミド繊維は、機械的強度には優れるものの、耐摩耗性が悪く、これをロープにして繰り返し使用すると毛羽立ちが発生し、強度が低下するという問題があった。このため、全芳香族ポリアミド繊維を用いた耐摩耗性に優れたロープが望まれていた。
しかしながら、タングステンの含有量が75~90重量%と多量に含まれると、物性の低下、それに起因して耐摩耗性の低下が生じる。また、この繊維を用いてロープを製造した場合は、ロープそのものの重量が重くなるという問題があった。
粒子を20~70重量%含有し、該繊維の単糸断面積が100~800μm2であり、該
繊維の総断面積が1500~12000μm2であり、JIS L1095 7.10.2に規定される摩耗強さ B法により測定した切断回数を、総断面積で除した耐摩耗性が0.1~1.0回/μm 2 であるパラ型全芳香族ポリアミド繊維、およびそれからなるロープである。
本発明におけるパラ型全芳香族ポリアミドは、1種類、または2種類以上の2価の芳香族基が、アミド結合により直接連結されたポリマーである。また、芳香族基には、2個の芳香環が酸素、硫黄、または、アルキレン基を介して結合されたもの、あるいは、2個以上の芳香環が直接結合したものも含む。さらに、これらの2価の芳香族基には、メチル基やエチル基等の低級アルキル基、メトキシ基、クロル基等のハロゲン基等が含まれていてもよい。
なお、2価の芳香族基を直接連結するアミド結合の位置は、パラ型である。
本発明におけるパラ型全芳香族ポリアミドは、従来公知の方法にしたがって製造することができる。例えば、アミド系極性溶媒中で、芳香族ジカルボン酸ジクロライド(以下「酸クロライド」ともいう)成分と、芳香族ジアミン成分とを低温溶液重合、または界面重合などにより反応せしめることにより得ることができる。
(芳香族ジカルボン酸ジクロライド成分)
パラ型全芳香族ポリアミドの製造において、使用される芳香族ジカルボン酸クロライド成分としては特に限定されるものではなく、一般的に公知なものを用いることができる。
パラ型全芳香族ポリアミドの製造において、使用される芳香族ジアミン成分としては特に限定されるものではなく、一般的に公知なものを用いることができる。
芳香族ジカルボン酸ジクロライド成分と芳香族ジアミン成分との比は、芳香族ジアミン成分に対する芳香族ジカルボン酸ジクロライド成分のモル比として、0.90~1.10の範囲とすることが好ましく、0.95~1.05の範囲とすることがより好ましい。
芳香族ジカルボン酸ジクロライド成分と芳香族ジアミン成分との反応条件は、特に限定されるものではない。酸ジクロライドとジアミンとの反応は一般に急速であり、反応温度としては、例えば、-25℃~100℃の範囲とすることが好ましく、-10℃~80℃の範囲とすることがより好ましい。
パラ型全芳香族ポリアミドを重合する際の溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチルカプロラクタムなどの有機極性アミド系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの水溶性エーテル化合物、メタノール、エタノール、エチレングリコールなどの水溶性アルコール系化合物、アセトン、メチルエチルケトンなどの水溶性ケトン系化合物、アセトニトリル、プロピオニトリルなどの水溶性ニトリル化合物などが挙げられる。
生成するパラ型全芳香族ポリアミドの溶解性を挙げるために、重合前、途中、終了時のいずれかに、一般に公知の無機塩を適当量を添加することが好ましい。このような無機塩としては、例えば、塩化リチウム、塩化カルシウム等が挙げられる。
上記のようにして得られるパラ型全芳香族ポリアミドは、アルコール、水等の非溶媒に投入して沈殿せしめ、パルプ状にして取り出すことができる。取り出されたパラ型全芳香族ポリアミドを再度他の溶媒に溶解し、その後に繊維の成形に供することもできるが、重合反応によって得たポリマー溶液をそのまま紡糸用溶液(ドープ)に調整して用いることも可能である。一度取り出してから再度溶解させる際に用いる溶媒としては、パラ型全芳香族ポリアミドを溶解するものであれば特に限定されるものではないが、上記パラ型全芳香族ポリアミドの重合に用いられる溶媒とすることが好ましい。
本発明のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を製造するにあたっては、湿式紡糸法または半乾半湿式紡糸法を採用し、先ず、パラ型全芳香族ポリアミド、タングステン粒子、お
よび溶媒を含む均一な紡糸用溶液(ポリマードープ)を調整し、紡糸口金から吐出する。
パラ型全芳香族ポリアミド、タングステン粒子、および溶媒を含む均一な紡糸用溶液(ポリマードープ)を調整する方法としては、特に限定されるものではない。
(タングステン粒子の種類)
本発明に用いられるタングステン粒子は、市販のタングステン粒子を用いることが可能である。タングステン粒子としては、種々のものが市販されており、本発明においては、それらの市販品を好ましく用いることができる。
本発明の繊維におけるタングステンの含有量は、パラ型全芳香族ポリアミド繊維全体に対して20~70重量%であり、好ましくは50~70重量%の範囲である。20重量%未満では、得られる繊維の耐摩耗性が十分ではない。一方、70重量%を超えると、マトリックスとしてのポリマー量が少なすぎて、物性の低下、それに起因して耐摩耗性の低下が生じることとなる。
本発明の繊維の製造においては、上述の如く調整された紡糸用溶液(ドープ)を用いて、湿式紡糸法、またはエアギャップを設けた半乾半湿式紡糸法によって繊維を成形する。
すなわち、先ず、上記で得られた紡糸用溶液(ドープ)をノズルから吐出し、続いて、凝固浴中の凝固液に接触させて凝固糸を形成する。
凝固液から凝固糸条を引き上げた後は、公知の方法によって、最終的なパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得ることができる。例えば、水洗工程を実施して形成された未延伸糸から溶媒を除去し、必要に応じて延伸を実施し、乾燥工程等を経た後に必要に応じて延伸することにより配向させ、最終的な繊維を得ることができる。
本発明の繊維は、延伸配向されていることが好ましい。延伸の方法としては特に限定されるものではなく、凝固糸状態での水洗延伸、沸水延伸のみならず、乾燥糸状態での加熱延伸等、いずれでもよい。また、延伸倍率については特に制限はないが、5倍以上であることが好ましく、8倍以上であることがさらに好ましい。延伸倍率を制御することにより、得られる芳香族ポリアミド繊維の伸度および強度を制御することができる。
(耐摩耗性)
本発明に用いるパラ型全芳香族ポリアミド繊維は、その耐摩耗性をJIS L1095 7.10.2に規定される摩耗強さ B法により測定した切断回数を、総断面積で除した値とするところ、0.1~1.0回/μm2であり、より好ましくは0.2~1.0回/μm2、さらに好ましくは0.3~0.8回/μm2、特に好ましくは0.4~0.7回/μm2である。
0.1回/μm2に満たないと、通常のパラ型全芳香族ポリアミド繊維の耐摩耗性繊維と同じレベルであり、優れているとはいえない。
本発明に用いるパラ型全芳香族ポリアミド繊維は、その単糸断面積が100~800μm2であり、好ましくは100~400μm2である。単糸断面積がこれらの範囲であることにより、目標とする強度、耐摩耗性がバランスよく発揮される。
単糸断面積が100μm2未満では耐摩耗性が著しく低下する。単糸断面積が800μm2を超えると、繊維自体の強度が急激に降下し、耐摩耗性が低下する。
尚、本願で言う単糸断面積とは、単糸の繊維軸に直交する切断面の面積のことである。
本発明に用いる全芳香族ポリアミド繊維は、その総断面積が、1500~300000μm2であり、好ましくは7000~200000μm2であり、より好ましくは10000~150000μm2で、さらに好ましくは10000~50000μm2、特に好ましくは10000~30000μm2である。
尚、本願で言う総断面積とは、複数の単糸を束ねた繊維の断面積のことであり、前記単糸断面積に単糸の本数を乗じた面積のことである。
本発明のパラ型全芳香族ポリアミド繊維の引張強度は、0.2cN/μm2以上が好ましく、0.24cN/μm2以上がより好ましい。引張強度が0.2cN/μm2未満では高強度の繊維としての特長が不足する。
実施例および比較例においては、下記の項目について、下記の方法によって測定・評価を行った。
(1)単糸断面積
単糸断面積は、単糸を繊維軸に直交に切断した後、デジタルマイクロスコープ(KEYENCE社製、型式:VHX-2000型)により、断面積を測定した。
(2)総断面積
前記単糸断面積に対し、繊維を構成する単糸の本数を掛けて算出した。
(3)耐摩耗性
耐摩耗性は、JIS L1095のうち、摩耗強さを測定するB法に準拠した摩耗試験により、破断までの摩耗回数を総断面積で除した数値にて評価した。
(4)引張強度
引張試験機(INSTRON社製、商品名:INSTRON、型式:5565型)により、糸試験用チャックを用いて、ASTM D885の手順に基づき、以下の条件で繊維の引張強力を測定した。次いで測定した繊維の引張強力に対して、繊維の総断面積で除し、引張強度を算出した。
[測定条件]
温度 :室温
試験片 :75cm
試験速度 :250mm/分
チャック間距離 :500mm
タングステン粒子(W-1kD 日本新金属社製)を、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)中に濃度20質量%となるように、ビーズミル(淺田鉄工(株)製、Nano Grain Mill)を用いて分散させた。このとき、メディアとして、0.3mmのジルコニアビーズを使用した。
タングステン粒子の含有量を70重量%とした以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性、引張強度共に良好であった。物性等を表1に示す。
タングステン粒子の含有量を20重量%とした以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性、引張強度共に良好であった。物性等を表1に示す。
孔数が30ホールの紡糸口金を使用、単糸断面積を400μm2に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性、引張強度共に良好であった。得られた繊維の物性等を表1に示す。
孔数が15ホールの紡糸口金を使用、単糸断面積を800μm2に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性、引張強度共に良好であった。得られた繊維の物性等を表1に示す。
孔数1000ホールの紡糸口金を使用した以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性、引張強度共に良好であった。得られた繊維の物性等を表1に示す。
孔数が500ホールの紡糸口金を使用、単糸断面積を400μm2に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性、引張強度共に良好であった。得られた繊維の物性等を表1に示す。
孔数が30ホールの紡糸口金を使用した以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性、引張強度共に良好であった。得られた繊維の物性等を表1に示す。
タングステン粒子を含有しないこと以外は、実施例1と同様の方法で、パラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性は劣るものであった。物性等を表2に示す。
タングステン粒子の含有量を10重量%とした以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られた繊維の耐摩耗性は劣るものであった。物性等を表2に示す。
タングステン粒子の含有量を90重量%とした以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。引張強度、耐摩耗性共に満足するものが得られなかった。得られた繊維の物性等を表2に示す。
孔数が200ホールの紡糸口金を使用、単糸断面積を60μm2に変更した以外は、実施例1と同様の方法とした。引張強度は満足するものの、耐摩耗性が劣る結果となった。物性等を表2に示す。
孔数が10ホールの紡糸口金を使用、単糸断面積を1300μm2とした以外は、実施例1と同様の方法とした。引張強度、耐摩耗性共に満足するものが得られなかった。物性等を表2に示す。
孔数が10ホールの紡糸口金を使用した以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。引張強度は満足するものの、耐摩耗性が劣る結果となった。得られた繊維の物性等を表2に示す。
孔数が3000ホールの紡糸口金を使用した以外は、実施例1と同様の方法で、タングステンが分散したパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。引張強度、耐摩耗性共に満足するものが得られなかった。得られた繊維の物性等を表2に示す。
Claims (4)
- パラ型全芳香族ポリアミド繊維であって、該繊維中にタングステン粒子を20~70重量%含有し、該繊維の単糸断面積が100~800μm2であり、該繊維の総断面積が1500~12000μm2、JIS L1095 7.10.2に規定される摩耗強さ B法により測定した切断回数を、総断面積で除した耐摩耗性が0.1~1.0回/μm 2 であるパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
- 引張強度が0.2cN/μm2以上である請求項1に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
- 前記パラ型全芳香族ポリアミドが、コポリパラフェニレン・3,4’-オキシジフェニレン・テレフタルアミドである請求項1、または2に記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維。
- 請求項1~3のいずれかに記載のパラ型全芳香族ポリアミド繊維を用いたロープ。
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