JPS6030761B2 - ポリアミドの製造方法 - Google Patents

ポリアミドの製造方法

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JPS6030761B2
JPS6030761B2 JP59000923A JP92384A JPS6030761B2 JP S6030761 B2 JPS6030761 B2 JP S6030761B2 JP 59000923 A JP59000923 A JP 59000923A JP 92384 A JP92384 A JP 92384A JP S6030761 B2 JPS6030761 B2 JP S6030761B2
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dope
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ハーバート・ブレーズ
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EIDP Inc
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EI Du Pont de Nemours and Co
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【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な構造及びすぐれた性質を有するポリア
ミド繊維を作るための新規な製造法に関する。
米国特許第乳14M5号は、すべて芳香族のボリアミド
の溶液を、気体媒体を通して凝固裕中に押し出し、次い
で洗浄液中で延伸し、洗浄し、乾燥し且つ熱延伸してフ
ィラメントを製造するという乾燥紡糸口金湿式筋糸法(
dひspl側eretwetspl皿lngprMes
s)について記載している。
麹国公開公報第1810426号(ぴfenlegun
gsschrih)は、湿式紡糸法において炭素環式芳
香族ポリアミドのある種の光学的異方性ドープを使用す
ることにより、紙糸したまま(asspun)で、即ち
延伸又は熱処理を行なわないで、良好な強度を有する繊
維を製造する方法を教示している。張力をかけて行なう
高温の熱処理は、強度を高い値まで増加せしめる。しか
し、これらの熱処理は、多くの用途に対するある種の繊
維の性質は悪影響を与えるということが発見された。即
ち加熱は、結晶性を増加せしめ、且つ一般に繊維の強籾
性(tou軸ness)及び切断伸度を減少させる。従
って繊維は、加熱により脆くなり、タイヤコードの如き
用途に対する価値が減少する。本発明は、従来法による
同一重合体の繊維と比較した場合、級糸したままでも異
例に高い強力(にnacjty)を有するポリアミドの
繊維の製造法を提供するものである。
即ち、本発明の方法は、たとえば少くとも3.0の固有
粘度を有し、且つ下記式(1)及び(ロ)の繰返し単位
、下記式(1)、(0)及び(m)の繰返し単位又は下
記式(m)の繰返し単位、式中、繰返し単位(1)及び
(D)は実質的に当モル量で存在し、基R、R′及びR
″は2価の基を表わし、基Rは、1・4ーフェニレン、
モノクロロ置換1・4−フエニレン、2・5ーピリジレ
ン、4・4ービフエニレン、トランスービニレン、2・
6−ナフチレン、4・4′ーアゾジフエニレン、1・3
ーフェニレン及びトランス一1・4−シクロヘキシレン
を表わし、基R′は1・4−フェニレン、4・4−ビベ
ンジレン又は4・4ーオキシジフェニレンを表わし、基
R″は1・4ーフェニレンを表わす、‘a’基Rがすべ
て1・4ーフェニレンから成る場合は、基R′は90モ
ル%以上の1・4−フェニレンと、10モル%以下の4
・4′ービベンジレン又は4・4′ーオキシジフヱニレ
ンとの2単位であり、{b} 基R′がすべて1・4ー
フェニレンから成る場合は、■‐1)基Rはモノクロロ
置換1・4ーフェニレン又は2・5ーピリジレンである
か、又は■‐2)基Rは、45モル%以上75モル%未
満の1・4ーフェニレンと、25モル%を越え55モル
%以下の4・4′ーピフェニレン、トランス.ビニレン
、モノクロロ置換1・4−フェニレン、トランス−1・
4ーシクロヘキシレン又は2・6−ナフチレンとの2単
位であるか、或は■‐3)基Rは、75モル%以上の1
・4−フェニレンと25モル%以下の4・4′−アゾジ
フェニレン、1・3−フエニレン、トランス−1・4ー
シクロヘキシレン又はトランスービニレンとの2単位で
あり、‘c)上記(1)、(ロ)及び(m)の繰返し単
位、又は上記(m)の繰返し単位から成る場合は、基R
″で表わされる1・4−フヱニレン単位が全体の少くと
も75モル%であり且つ(1)及び(0)から成る単位
が25モル%以下である、から実質的に成る芳香族ポリ
アミドの繊維であって、縦方向に配向し且つフィラメン
ト強力が少くとも18グラムノデニール及びフィラメン
ト伸度が少くとも3.5%である紙出(as−sp皿)
繊維を形成し、更には、たとえば第一次の見かけの微結
晶の大きさが52Aより小さい結晶領域、及び少くとも
10のラテラル微結晶オーダー値によって示される半径
方向の配向性を有する上記のポリアミド繊維を与える。
たとえば、本発明のポリアミドは少くとも3.0、更に
好適には少くとも4.リー層好適には4.5の固有粘度
を有する。たとえば本発明の繊維は少くとも20のLC
O値を有する。本発明の方法で得られる繊維は、上記の
見かけの微結晶の大きさによって示される如き低又は中
程度の結晶化度において、高強靭性を与える所の適度の
伸度値と異常に高い強力値とをかね備えていることで特
徴づけられる。
本発明の方法で得られる繊維は、少くとも3.5%、好
適には4.5%のフィラメント伸度を有する。本発明の
フィラメントの強力は少くとも18夕/デニルたとえば
18〜32夕/デニル(gpdと略記する)又はそれ以
上、伸度は少くとも3.5%たとえば3.5〜7%又は
それ以上、強級性値はたとえば0.40〜1.5gpd
又はそれ以上、及びモジュラス値はたとえば300〜8
00雛d又はそれ以上の範囲である。少くとも400の
モジュラスを有する繊維は好適である。更に繊維はたと
えば約300〜1〆の配向角を有する。即ち、本発明の
方法は、 【1} 風 下記式(1)及び(0)の繰返し単位、下
記式(1)、(0)及び(m)の繰返し単位又は下記式
(m)の繰返し単位、式中、繰返し単位(1)及び(0
)は実質的に当モル量で存在し、 基R、R′及びR″は2価の基を表わし、基Rは、1・
4ーフェニレン、モ/クロロ置換1・4ーフエニレン、
2・5ーピリジレン、4・4′一ビフエニレン、トラン
スービニレン、2・6ーナフチレン、4・4′ーアゾジ
フエニレン、1・3ーフェニレン及びトランス−1・4
−シクロヘキシレンを表わし、基R′は1・4ーフェニ
レン、4・4′ーピベンジレン又は4・4ーオキシジフ
ェニレンを表わし、基R″は1・4ーフェニレンを表わ
す、 但し、 【a} 基Rがすべて1・4−フェニレンから成る場合
は、基R′は90モル%以上の1・4ーフヱニレンと、
10モル%以下の4・4−ビベンジレン又は4・4′ー
オキシジフェニレンとの2単位であり、‘b’基公′が
すべて1・4ーフエニレンから成る場合は、■‐1)基
Rはモノクロロ置換1・4−フェニレン又は2・5ーピ
リジレンであるか、又は 位‐2)基Rは、45モル%以上75モル%禾満の1・
4ーフェニレンと、25モル%を越え55モル%以下の
4・4′ービフェニレン、トランスービニレン、モノク
ロロ置換1・4ーフエニレン、トランス−1・4 ーシクロヘキシレン又は2・6ーナフチ レンとの2単位であるか、或は ■‐3)基Rは、75モル%以上の1・4ーフェニレン
と25モル%以下の4・4ーアゾジフエニレン、1・3
ーフエニレン、トラ ンス−1・4ーシクロヘキシレン又はト ランスービニレンとの2単位であり、 ‘c} 上記(1)、(0)及び(m)の繰返し単位、
又は上記(m)の繰返し単位から成る場合は、 基R″で表わされる1・4−フェニレン 単位が全体の少くとも75モル%であり且つ(1)及び
(0)から成る単位が25モル%以下である、から実質
的に成る芳香族ポリアミドと、 ‘B} 少くとも98%濃度の硫酸、クロル硫酸、フル
オロ硫酸又はこれらの混合物から成る群から選択された
溶媒とから実質之的に成り、且つ の 該芳香族ポリアミドの濃度{C)が少くとも30夕
/溶媒100叫であり、また該芳香族ポリアミドの固有
粘度が少くとも3.0である光学的異方性ドープを、 ■ 該ドープが液状を示すが120qo以下の温度にお
いてオリフィスを通して不活性な非凝固性気体中に、次
いで該ドープに対する凝固裕中に押し出し、糊 縦方向
に配向し且つフィラメント強力が少くとも18グラム/
デニール及びフィラメント伸度が少くとも3.5%であ
る鮫出繊総を形成することを特徴とする芳香族ポリアミ
ド繊維の製造方法である。
好適には、ドープは25qoで固体であり、且つ40〜
120℃で押し出す。ポリアミドの濃度は、溶媒loo
似当り40〜56夕であることが好ましい。ドープは7
0〜90午○で押し出すことが最も好適である。第1図
は、本発明の繊維の製造に適当な方法を行なう際の装置
の1種の概略図である。
第2図は、繊維の断面図である。第3,4,5及び6図
は、繊維断面の選択された区域の電子線回折図の図式表
示である。点線の円弧は最小写真濃度を有する。実線の
円弧における太さは写真濃度に比例している。第7及び
10図は、それぞれ完全及び半回折図のデンシトメータ
ーのトレース図である。第8及び9図は、デンシトメー
ターのトレースの部分図である。第1図において、級糸
ブロック52を通る移送導管51、紡糸口金オリフィス
53、及び気体層55を通して、級糸ドープを紙糸管6
0中の凝固液56中にポンプで送入し、次いで紡糸管6
0を通してフィラメント54を誘導する。
続いて強力の大な級糸したままのマルチフィラメント東
65をガイド57下に通過させ、回転しているボビン5
9に捲き取る。凝固液56は、容器61から紡糸管60
を通って流れ、容器62に流下し、そこからポンプ63
及び管64によって容器61に返送される。本発明の方
法によって製造される繊維のポリアミドは、下記式(1
)及び(ロ)の繰返し単位、下記式(1)、(0)及び
(m)の繰返し単位又は下記式(m)の繰返し単位、式
中、繰返し単位(1)及び(0)は実質的に当モル量で
存在し、基R、R′及びR″は2価の基を表わし、基R
は、1・4ーフェニレン、モノクロロ置換1・4ーフエ
ニレン、2・5ーピリジレン、4・4′ービフエニレン
、トランスービニレン、2・6−ナフチレン、4・4ー
アゾジフエニレン、1・3ーフェニレン及びトランス−
1・4ーシクロヘキシレンを表わし、基R′は1・4ー
フェニレン、4・4′ービベンジレン又は4・4ーオキ
シジフェニレンを表わし、基R″は1・4−フェニレン
を表わす、但し、 ‘a} 基Rはすべて1・4ーフェニレンから成る場合
は、基R′は90モル%以上の北・4−フェニレンと、
10モル%以下の4・4ービベンジレン又は4・4′ー
オキシジフェニレンとの2単位であり、肘 基R′がす
べて1・4−フェニレンから成る場合は、位‐1)基R
はモノクロロ置換1・4−フェニレン又は2・5ーピリ
ジレンであるか、又は■‐2)基Rは、45モル%以上
75モル%末満の1・4−フェニレンと、25モル%を
越え55モル%以下の4・4′ービフェニルン、トラン
スービニレン、モノクロロ置換1・4−フェニレン又は
2・6−ナフチレンとの2単位であるか、或は ■‐3)基Rは、75モル%以上の1・4ーフェニレン
と25モル%以下の4・4−アゾジフェニレン、1・3
−フエニレン「トランス一1・4−シクロヘキシレン又
はトランスービニレンとの2単位であり、【c} 上記
(1)、(0)及び(m)の繰返し単位、又は上記(m
)の繰返し単位から成る場合は、基R″で表わされる1
・4ーフヱニレン単位が全体の少くとも75モル%であ
り且つ(1)及び(ロ)から成る単位が25モル%以下
である、から実質的に成っている。
本発明における重合体は、ある種の強いプロトン酸溶媒
と混合した場合、異方性又は液体結晶性相を形成すると
いう特徴を有する。このことは、後に詳細に説明する。
筋糸されるべき重合体は、ホモ重合体、ランダム共重合
体、オーダード(orderd)共重合体又はホモ重合
体及び/又は共重合体の混合物であってよい。本発明の
繊維には、普通の添加剤、例えば染料、増量剤、除光沢
剤、紫外線安定化剤、抗酸化剤などを混入してよい。ポ
リアミドの例としては、後に実施例に示すように、コポ
リ(4・4′ービベンジレン/p−フヱニレンテルフタ
ルアミド)、コポリ(pーフエニレン4・4′−ビフエ
ニレンジカルボキサアミド/テレフタルアミド)、コポ
リ(pーフエニレンフマルアミド/テレフタルアミド)
、コポリ(p−フエニレン4・4ーアゾベンゼンジカル
ボキサアミド/テレフタルアミド)、コボリ(pーフエ
ニレンクロルテレフタルアミド/テレフタルアミド)、
コポリ(pーフエニレンイソフタルアミド)、ポリ(p
−フエニレンクロルテレフタルアミド)、コポリ(pー
フエニレントランスーヘキサヒドロテレフタルアミド/
テレフタルアミド)、コポリ(4・4′一オキシジフエ
ニレンノp−フエニレンテレフタルアミド)、ポリ(p
ーフエニレン2・5−ピリジンジカルボキサミド)、コ
ポリ(p−フエニレン2・6−ナフタレンジ力ルボキサ
アミド/テレフタルアミド)などを挙げることができる
本方法に用いるための重合体は、通常クゥオレク(Kw
olek)らの米国特許第3063966号に教示され
ている如き低温重合法に従い、アミド型溶媒の存在下に
適当な単量体を反応させることによって製造することが
できる。
高分子量の重合体を製造するためには、単量体及び溶媒
の不純物の含有量を最4・にすべきであり、且つ全反応
混合物の水分含有量が0.03重量%以下であるべきで
ある。例えば、ポリ(pーフェニレンテレフタルアミド
)は、pーフェニレンジアミン1728部をへキサメチ
ルホスホルアミド15.20碇部及びN−メチルピロリ
ドン30400部の混合物に溶解せしめ、窒素雰囲気下
に保ってある重合釜中で15午0に冷却し、次いで迅速
に燈拝しながら粉末テレフタロィルクロリド3243部
を添加することによって製造するのが好都合である。溶
媒は、3〜4分内にゲル化し且つ乾燥した粉屑状の物質
に変わる。可能な場合には、生成物の温度を約25℃に
保つために冷却しながら、1.虫時間蝿杵を続ける。重
合反応は実質的に定量的であり、最終反応混合物は固有
粘度(以下1.V.と略記する)約5.5の重量体7.
5%を含有する。この系からの重合体の1.V.は、単
量体と溶媒との比によって調節することができる。単量
体量を上記の9.83%から8.64%まで減少させる
と、1.V.が6.0の重合体6.5%を含有する反応
混合物が得られる。単量体を約11.7%使用すると、
1.V.が2.5の重合体9.0%を含有する反応混合
物が生成する。次いでワーリング混合機又はコロイドミ
ル中において粉屑状酸性生成物を水と共に激しく燈拝し
又は粉砕し、得られた重合体スラリーを炉過する。
更に湿った重合体を軟水で再スラリー化して洗浄し、溶
媒及びHCIを除去し、炉過機上に浦集する。このスラ
リー化及び炉過は、連続的に約4回繰返し、次いで最終
的に蒸留水で洗浄する。中和を助長するために、軟水洗
浄の1回は炭酸ナトリウム又は水酸化ナトリウムを含有
していてもよい。次いで重合体を120〜140午0で
乾燥する。重合反応は、単量体の連続的混合によって行
なうこともできる。本発明で用いる前記風の芳香族ポリ
アミドも、前記繰返し単位を与える単量体の組み合わせ
を用いるほかは、ポリ(p−フエニレンテレフタルアミ
ド)について上記に例示したと同様な方法で製造するこ
とができる。適当な溶媒は、少くとも98%の濃度の硫
酸、及びクロル硫酸、フルオル硫酸、及びこれらの酸の
混合物から実質的になっている。
硫酸は100%以上の濃度のもの、即ち発煙硫酸であっ
てよい。しかし約99.8%の濃度の硫酸が好適である
。それ以上の濃度も使用しうるが、過剰の三酸化硫黄の
存在は、重合体を劣化して固有粘度の減少を引き起こし
がちである。これは、フィラメントの強力(汐naci
ty)の低下を引き起こす。この劣化は時間及び温度に
依存するから、発煙硫酸を用いる場合、高温にさらす時
間は最小に保つべきである。この適当な溶媒の定義は、
ある種の添加剤の存在を排除することを意図していない
。即ち、弗化水素酸、ハロゲン化アルキルスルホン酸、
ハロゲン化芳香族スルホン酸、ハロゲンイは酢酸、ハロ
ゲン化低級アルキルアルコール、及びハロゲン化された
ケトン又はアルデヒドを、溶媒及び添加剤の全重量の約
30%までの量で通常存在せしめることができる。勿論
、存在せしめうる添加剤の正確な量は、使用する特定の
溶媒一重合体の組合せに依存するであろう。(硫酸より
むしろ)フルオル硫酸を使用する場合、又は重合体の低
濃度の場合が、より多量の添加剤の使用を可能にする。
一般に、添加剤中に存在するハロゲンの%が大きければ
大きい程、使用しうる添加剤の量は増大し、相分離の限
界点近くまで使用できる。トリフルオルメタンスルホン
酸は、通常上記硫酸の重量に等しい量で存在せしめうる
。更に、スルホン、塩素化フェノール及びニトロベンゼ
ンは、溶媒添加剤として上述のハロゲン化添加剤よりも
少ない量で使用することができる。ドープの含水量は、
2%より小さくなるように注意深く調節すべきである。
過剰の水は、紡糸に適当なドープの生成を妨害し、且つ
重合体の過度の劣化にも導く。比較的乾燥した重合体(
好適には水分1%以下)を、大気水蒸気に曝すのを最4
・にする条件下に“乾燥”溶媒と混合し、ドープを乾燥
雰囲気下に貯蔵すべきである。ドープは、混合し且つ級
糸工程中低1.V.値をもたらす重合体の劣化を減少さ
せるために、それを液体に保つのに実際的な低温に維持
すべきである。
約9ぴ0以上に曝すことは、最小にしなければならない
。特に有用な方法は、ドープを連続的に製造し且つ織糸
口金に直接供V給し、かくして保持時間を最小にするこ
とである。
バッチ式方法を使用し且つドープを続く使用のために貯
蔵する場合には、これを好適には乾燥窒素雰囲気下に、
固体の形態に凍結させてもよい。このような間化ド−プ
は、粒状又は粉末に破砕し、且つ続いて紙糸口金に導く
スクリュー溶融装置に供給するために使用することがで
きる。本館細書におけるドープの濃度(以後Cと略記す
ることがある)は、2yoにおける溶媒100の‘当り
の重合体の夕数として定義する。
ここに、“溶媒”という用語は、実際の硫酸及び存在す
るすべての溶媒−添加剤の和を意味する。溶媒100M
当り少くとも30夕、好適には40夕の重合体を用いる
べきである。溶媒が約聡〜約100%の硫酸である場合
、これは少くとも14好適には少くとも1笹重量%の重
合体を含有するドープに相当する。有用な溶媒はすべて
高密度(ZS041.斑、HS03CI I.79 H
SQFI.74夕/泌)を有することは、注目されてよ
いことである。このような高密度の溶媒を使用すれば、
ヘキサメチルホスホルアミド及びジメチルアセトアミド
(密度約0.9〜1.0夕/泌)の如きアルキルアミド
を用いる場合よりも、重合体の容積分率は遥かに高くな
る。高容積分率は、ドープ中における重合体の高濃度に
よっても付与しうる。本発明において、できる限り高濃
度のドープを用いることが有用である。
一般に、製造される繊維の強力は、紡糸に使用するドー
プの濃度と共に増加することが発見された。有用な濃度
のドープは、室温で団体であり、且つ温度を上昇させた
時級糸しうる液体に溶融する。しかし温度の上昇は1.
V.の低下によって示されるような重合体の劣化を引き
起こす。ドーブの押し出しでは、少くとも2.5好まし
くは3.0の1.V.を有する繊維を生成することが望
ましい。
与えられた1.V.の繊維は、適当な1.V.の重合体
を出発原料とし且つ劣化を最小に保てるように処理する
ことにより、又は高1.V.の重合体を出発原料とし且
つより過酷な劣化条件で処理することにより製造するこ
とができる。本発明の目的に対しては、紙糸したままの
繊維における重合体の1.V.(過度な劣化を防ぐため
に適当な洗浄及び乾燥が行なわれるものと仮定する)は
、押し出す時のドープ中の重合体の1.V.と見徹され
る。それ故、押し出す時のドープ中の重合体の1.V.
は、少くとも2.5であり、且つ少くとも2.8一0.
05(C−30)でなければならないが、少くとも3.
0がとくに好ましい。但しCは前述した如く濃度を表わ
す。本発明の紡糸ドープは、予想を越えた安定性を有す
る。
硫酸の“酸性”は、硬い分子鎖のポリアミドが高濃度で
存在することにより、減ぜられるようである。ドープを
、硫酸(100%)中に4.総の1.V.のPPD−T
重合体を46、21.8及び3.7夕/100泌の濃度
で添加することによって製造した。そしてこのドープを
3時間100℃に加熱した。この加熱された溶液から分
離された重合体は、それぞれ4.2、2.8及び1.9
の1.V.を有した。更に濃度の高いドープの酸性が減
少せしめられているという別の証拠は、46夕/100
のとのPPD−Tドープが70〜80午0においてアル
ミニウム金属と実質的に反応しないのに対して、25夕
/100の‘のドープは激しく反応するという事実であ
る。本発明で用いる前記風の芳香族ポリアミドの場合に
も、PPD−T重合体について上記に例示したと同様な
額向がある。
紙糸に先立って液体ドープを減圧下に脱気することは、
ある場合に有利であることが発見された。
本発明の方法に使用するドープ則ち重合体−溶媒系は、
重合体溶融物と非常に類似した挙動を示す。
例えば100%硫酸100の‘当り、約4の1.V.の
PPD−T46夕からなる典型的なドープは、105℃
において約900ポイズのバルク粘度(bulkvis
cosity)を有するが、これは80ooに冷却した
時約1000ポィズに増大し、更に冷却すると粘度の値
は急激に増加し、約70qo以下でドープは遂に不透明
な固体に固化するに到る。本発明で用いる前記凶の芳香
族ポリアミドの場合にもPPD−T重合体について上記
に例示したと同様な傾向を示す。
このバルク粘度は、与えられた濃度及び温度において、
固有粘度の増大と共に上昇する。
上述の液体ドープは、ドープが比較的透明になる温度(
即ち約135qo)以下の温度においては、濁った半透
明な液体である。即ち、硫酸100私当り約49夕のP
PD−Tを含有するドープは、混合物の非常に高いバル
ク粘度の故に、通常の混合機、移送導管及び紡糸装置で
処理しうる最高の濃度を表わす。
温度を上昇させて粘度を低下せしめる通常の方法を用い
る場合には、重合体の過度の劣化が起こる。混合機中の
冷却をより有効にすると共に効果的な混合機を使用する
場合には、より高濃度を使用することができる。これら
の高濃度における粘度は、使用する重合体−溶媒系の関
数である。一般に、ドープは、それが取り扱い得るのに
十分な流動性を示す最小温度から約120ooまでの間
の任意の温度で押し出すことができる。
劣化の量は時間及び温度に依存するから、実際的な程度
の低温、好適には90℃以下の温度を使用すべきである
。好適には、ドープを70〜90つ0で押し出す。なん
らかの理由でより高温を望む場合には、ドープを高温に
曝す時間を最4・に保つように装置を設計すべきである
。本発明の紡糸ドープは異例である。
殆どは室温で固体である。ドープは温度を上昇させると
溶融し、粘性が減少し且つ半透明ないし透明になる。ま
たドープは光学的に異万性であり、即ち与えられたドー
プで顕微鏡的領域ま複屈折を示す。ドープ試料は、ドー
プの顕微鏡的領域の光透過性が方向と共に変化するから
、平面偏光の偏りを解消する。この特徴は、ドープの少
くとも1部が液体結晶又は半結晶状態(mesomor
phicsねte)で存在していることと関連するもの
である。これらのドープは緩和した状態においても異万
性を示す。与えられた組成及び濃度を有する十分混合さ
れたドープに対しては、溶融の起こる温度がかなり再現
性を有し且つ可逆的である。この溶融の挙動は、示差熱
分析によって示されるように吸熱を伴なう。固化したド
ーブの溶融温度は、薄い試料及び900で交叉したアナ
ライザーを通過する偏光の強度を温度の上昇と共に測定
することによっても決定することができる。この場合、
溶融温度は透過光強度が急速に増加する温度である。一
般に、溶融温度は、濃度の増加につれて上昇する。不完
全に混合し且つ異なった濃度の相が分布しているドープ
は、中広い熔融温度範囲を示すであろう。溶融した異方
性のドープの温度を上昇させると、それにつれて異方性
相の量が減少しはじめる温度に達する。この温度(Ta
と略記する)は、ドープの薄い層を通過した場合の小角
度(例えばlo)における偏光の散乱の変化を測定する
ことにより、決定することができる。Taは重合体の濃
度と共に増加する。ドープは、これらの温度以上でも、
非常に異方性であり且つ本発明方法によって良好な結果
を与える。しかし最高の強力の繊維は、溶融温度以上で
且つTa以下の温度でドーブを紡糸することによって製
造することができる。押し出し条件は、次の節において
、繊維に対する紙糸条件に関して説明する。
尚そこで述べられる議論は、フィルムの押し出いこも同
様に適用しうろことが理解されるべきである。抜糸口金
及びすべて他の装置部分は、使用する強酸に抵抗性を有
する材料で作るべきである。
紡糸口金の孔(オリフイル)の直経、及び孔の細管長/
直径の比(L/D)はクリティカルではない。強い繊維
は、直径0.025〜0.25側及びL/D比1.0〜
8.3を有する円形のオリフィスを用いた場合に得られ
る。本方法は、狭いスリット、例えば0.02×0.0
5側又は0.02×25肋又は0.175×75肋のス
リットを含む種々の形をした非円形孔を用いても操作し
うる。孔の間隔は、厳密でなく、構造材料により及び紙
糸中に製造される糸線(threadline)安定性
により決定されるであろう。
噴出速度(以下“JV”と略記する。
JVは、単位時間当りにオリフィスを通過するドープの
体積とオリフィスの断面積から計算される所の紡糸口金
細管におけるドープの平均速度である)は、17フィー
ト/分(フィート/分をfpmと略記することがある)
(5.1の/分)又はそれ以下から、115ぴpm(3
50肌/分)又はそれ以上までの範囲であってよい。与
えられたオリフイス及びドープに対する最小値は、連続
的且つきれいに噴出するドープの能力によって決定され
る。小さい直径のオリフィスは、大きい直径のそれより
もより高い値の最小噴出速度を示すであろう。本明細書
において表示される、薮糸伸張因子(以下にSSFと略
記する)とは、凝固俗を離れる時の繊維の速度対噴出速
度(JV)の比である。
1.0又はそれ以下の低い値及び14又はそれ以上の高
い値の紡糸伸張因子を使用することができる。
特定の紡糸ドープ及びオリフィスに関して使用すること
のできる最小の紙糸伸張因子は、比較的均一なデニール
及び望ましい物理性のフィラメントを製造する能力によ
って決定される。最大の使用可能な紡糸伸張因子は、操
作中におけるフィラメントの切断によって限定される。
一般に、与えられた噴出速度において、級糸伸張因子を
低い僅から増加させると、高強力と高モジュラス、及び
低伸度及び低デニルを有する繊維が得られる。紙糸技術
に裏熟練している技術者は、望ましいデニール及び物理
性の繊維を製造するために、与えられた紙糸ドープ及び
装置に対して、オリフィスの直径、気体層の厚さ、噴出
速度及び紡糸伸張因子を容易に調節しうるであろう。級
糸口金面は、気体又はトルェン、ヘプタンの如き非凝固
性液体の如き流体層によって凝固格から分離されている
ことが必須要件である。
この流体層の厚さは、0.1〜10の又はそれ以上、好
適には約0.5〜2肌で変化しうる。但しより厚い流体
層の使用は、相隣るフィラメントが互いに融合する機会
を増加させる。第1図における紡糸管60の構造及びガ
イド57の特性は、紙糸したままのャーンにおける伸度
及びモジュラスに影響する。
同一の噴出速度及び捲き取り速度において、直鎖状の管
は、一般に下端を狭くした管よりも、高いヤーン伸度及
び低いモジュラスを与える。同様に、ローラーガイは、
一般に停止ピンよりも高いャーン伸度を与える。適当な
級糸管の寸法は、級糸速度及びャーンのデニールにより
変化するであろう。繊維を凝固するために、種々の格を
使用することができる。
満足しうる結果は、水性及び非水性系の両者で得られた
。有用な水性系は、純粋な水から、硫酸(70%)、水
酸化アンモニウム、又は塩化カルシウム、炭酸カリウム
もしくは塩化ナトリウムの如き塩を高濃度で含有する系
までのものである。水と混和しうる有機溶媒、例えばメ
タノール、及びエチレングリコールの如きを含有する水
性格も有用である。非水性擬固浴の例は、100%メタ
ノール、及び5〜50%のメタノール、N・N−ジメチ
ルホルムアミド又はN・N′一ジメチルァセトアミドを
含有する塩化メチレン溶液を含む。格の温度は、一25
oo〜28こ0の範囲にあることが好適である。広範囲
の凝固剤を氷点下ないし50℃又はそれ以上の温度で使
用しうるが、好適には、フィラメントに最高の強力を付
与するために、浴の温度を1oo0以下(最も好適には
500以下)に維持する。ャーン中に存在する少量の酸
でさえも劣化効果を示すので、高強力の繊維を得るため
には酸を完全に除去することが非常に重要である。
この除去には、水単独、又はアルカリ溶液と水との組合
せを使用することができる。便宜的な洗浄法は、凝固格
を離れる糸線に水性アルカリ溶液(例えば、飽和NaH
C03又は0.0弧NaOH)を頃霧し、拭取り装置(
例えばスポンジ)により糸線から表面液体を除去し、又
は水(約75℃)で噴射洗浄することにより、酸含量を
約1%(乾燥繊維基準)まで減じ且つボビンに捲取るこ
とである。
そのようなボビンは、最終洗浄に先立って、短時間(約
2細時間以下)氷又は稀釈アルカリ溶液中に貯蔵するこ
とができる。好適には、(例えば75qoの水を用いる
)最終洗浄は酸又は塩基含量を0.01%(乾燥基準)
以下に減すべきである。少量のヤーンはボビン上で洗浄
且つ中和することができるが、またャーンをトィ中、上
部から噴霧しうるロール上、節上、ベルト上などにおい
てヤーンをそのまま薄い層にして洗浄することが好適で
ある。
連続式方法においては、級糸及び捲取り間のいずれかの
地点で糸線を、それと同一の速度で連続的に洗浄及び中
和することができる。完全に洗浄した繊維は、150q
oまでの空気を用いることにより、ボビン上で乾燥する
ことができる。更に繊維は幸便に加熱ロール(例えば1
60℃)上で乾燥しうる。好適な方法であるが、繊維を
約0.3雛d以下の緊張下に乾燥する場合、性質は重要
な変化を受けない。0.錐pdより大きい緊張を用いれ
ば、緊張せしめずに乾燥することによって得たものより
も伸度が減少し且つモジュラスが増加する。
紡糸したままのャーンの性質は、熱処理によって変える
ことができる。
好適には不活性な雰囲気中において緊張下にャーンを1
50o 〜550qoの温度に加熱すれば、ヤーンモジ
ュラスが約15乃至100%増加し、且つャーン伸度が
約50%だけ減少する。モジュラスの増加は、緊張及び
温度の増加と共に、大きくなる。典型的な緊張及び高温
に曝す時間は、15000の場合1.5〜6秒間で約2
〜1なめd、また550qoの場合1〜6秒間で0.5
〜聡pdである。低及び中縞においては、ャーンの強力
は重要な変化を受けないが、450午C又はそれ以上の
温度での処理の後ではそれは減少せしめられる。熱処理
すべきャーンは普通あらかじめ乾燥してあるが、湿った
ャーン又は再び湿らせた乾燥ャーンに関しても加熱時間
を僅かに長くすることにより、熱処理効果を与えること
ができる。試験法: 固有粘度 固有粘度(1.V.)は、式 1.V.=1n(りre,)/C 〔上式中、Cは重合体溶液の濃度(溶媒100の【中重
合体又は繊維0.5夕)であり、小d(相対粘度)は毛
細管式粘度計中30℃で側定した重合体溶液及び溶媒の
流動時間の比である〕 で定義しうる。
溶媒は特に断らない限り硫酸(95〜聡%QS04)で
ある。フィラメントの性質は、特に断わらない限り、少
くとも脚時間、21℃及び相対湿度(R.日.)65%
の状態に予じめ調節した繊維に関して測定する。
ャーンの性質は、少くとも1朝時間、24℃及び55%
R.日.の状態に予じめ調節したャーンに関して測定す
る。またすべての測定は、繊維の状態を調節するために
採用した環鏡中で行なう。強力 (切断強力)(Ten
.と略記する)、伸度(切断伸度)(Eと略記する)、
初期モジュラス(Miと略記する)及び強靭性(切断強
靭性)(Tou.と略記する)は、単フィラメントまた
はマルチフィラメントャーンをィンストロン試験機〔ィ
ンストロン・ェンジニャリング社製〕で切断することに
よって測定する。
単フィラメントは、2.54伽のゲージ長(ジョー間の
距離)で切断し、3本の異なるフィラメントに対する結
果を平均する。
ャーンには(0.1gpdの緊張下に)2.54伽当り
3回の撚りを与え、これを25.4肌のゲージ長で切断
する。更にすべての試料は、それが切断するまで、一定
の引張り速度(8%以下のEを有する繊維に対しては1
0%伸長/分、及び8〜100%のEを有する繊維に対
しては60%伸長/分)で伸張する。単フィラメントの
デニール(d.p.f.と略記する)は、振動数を変化
させ乍ら緊張下に繊維7〜9弧を振動させることによっ
て測定される、その固有の共鳴振動数から決定すること
ができる。
(ASTM法、D1577一602母屍、19斑年)。
デニ−ル測定に次いでこの同じフィラメントを使用して
1回の切断を行なう。ャーンのデニルは、即知の長さ(
0.1gpd緊張下における)を秤量することにより決
定する。
この場合には、長さ9比加が便利である。ASTM法D
2101、23緩(19総年)に定義されている強力(
gpd)、伸度(%)、初期モジュラス(鱗d)及び強
轍性(夕・肌′d.肌、又は単に■d)は、荷重−伸張
曲線及び測定したデニルから得ることができる。
実際の操作では、試料の測定したデニル、試験条件及び
試料番号をコンピューターに入れ、次いで試験を開始す
る。コンピューターは、繊維が切断するまでその荷重−
伸張曲線を記録し、次いで繊維の性質を計算する。単フ
ィラメント及び同一試料のマルチフィラメント撚糸から
は異った値(それぞれフィラメント特性及びャーン特性
に対応する)が得られることを注意せねばならない。
フィラメントの強力はャーンのそれよりも大きく(典型
的には約1.2:1)、フィラメントの伸度はャーンの
それよりも高く、フィラメントのモジュラスはャーンの
値よりも低い。本明細書に示すすべての性質は、断わら
ない限りフィラメントの性質である。実施例のすべての
ャーンの物理的性質は、ィンチ当りの撚り数(tpiと
略記する)が3であるャーンを用いて測定する。
これは、異なったデニルのヤーンに対しては、次式で示
すように、異なった撚り乗数(tMstmultujp
lier、T.M.と略記する)を与えることになる。
T.M.=(撚り数Vィンチ)ゾャーンのデニル73ャ
ーンの初期モジュラスはT.M.の増加につれて減少す
ることが観察される。
例えば、700デニルのヤーン(3piにおいてT.M
.1.08)のモジユラスは、同等の200デニルのャ
ーン(3piにおいてT.M.0.50)のそれよりも
約5%だけ低くなる。フィルムの強度及び伸度的性質は
、ャーンに対して採用したものと同一の環境及び方法で
状態を調節したフィルムに関して測定する。試験結果は
、100%伸張/分の速度及び5伽のゲージ長を用いる
ことによるフィルムの切断試験から得ることができる。
ドープの粘度は、7番スピンドルのプルックフイールド
粘度計を1仇pmで使用することによって測定する。
配向角の測定法 LE.アレキサンダー著の“高分子化学におけるX線回
折”第4章、264頁(Wiley−lnte−偽cl
ence社出版、196単王)に記載されている繊維の
配向角は、次の方法で測定することができる。
即ちワークス(Warhus)ピンホールカメラを用い
て繊維の広角×線回折図(透過図)を作る。このカメラ
は、両端に直径0.063&かの2個の鉛のピンホール
を有する長さが7.6弧のコリメーターを備えており、
試料−フィルム間の距離が5仇であり、露出中カメラ内
は真空にする。照射は鋭い篤点を示す銅回折管(カタロ
グ番号14000320)及びニッケル8フィルターを
備えたフィリップス社製X線装置(カタログ番号120
45)によって発生せしめ、40KV及び18haでこ
の装置を運転する。厚さ0.051伽の繊維試料ホルダ
ーを繊維試料で流し、但しすべてのフィラメントをX線
ビーム中で実質的に平行に保つ。回折図は、コダック製
/−・スクリーン(No−Screen■)医学用X線
フィルム(NS−54T)又は同等物上に記録する。こ
の場合、通常の規準に従って、合格と認定される回折図
(例えば、測定された回折図が正確に読みとるのに十分
な写真強度、例えば0.2〜1.0の写真強度を有する
ような図)を得るのに十分な時間、フィルムを露出する
。一般に約25分の露出時間が適当である。しかしなが
ら、高結晶性及び高配向性の試料に対しては、それより
短かし、露出時間が適当で且つ望ましく、これによって
より正確に解読しうる図を得ることができる。主赤道線
上のスポットの一つにおいて、最高強度の半分の強度を
示す点に対応する円弧長を度で表わした値(即ち最高強
度の50%の点に対する角度)を測定し、それを試料の
配向角とする。
1個より多い円弧が存在する如き下記実施例において記
述する繊維の配向角決定に対しては、使用される特定の
円弧は、高い値の20において生ずる円弧を使用するも
のとする。
ある場合、熱処理した繊維の回折図は、いくつかの事例
において、なんらの主赤道線上スポットを含有しないこ
とが発見された。
これが起こる場合、一般に2個のスポットが観測され、
赤道線上の位置の各側に存在する。次いで回折計を用い
ることにより、繊維の配向角な適当な子午線上円弧(特
に006反射)に関して測定し、且つこの角度を後述す
る如き電子線回折によって得た対応する円弧の配向角と
対比する。本発明の繊維の配向角は、デンシトメーター
法によりX線フィルムから決定することができる。
回折円弧の方位強度分布(azimnthalinte
nsitydistribution)は、電子部品を
キースレー410ミクローミクロアムメータ−(Kei
比leylnstmment社製)で置き換えたりーズ
・アンド・ノースラップ・ミクロフオトメータ−(カタ
ログ番号6700−PL)を用いて測定する。この装置
の出力信号は、リーズ・アンド・ノースラップ・スピー
ドマックス記録計G型にフイードされる。操作において
は、フィルムを台にのせ、装置の焦点をフィルム上に合
わせ、及び台の中心と一致するように回折図に中心を調
節する。
これら両者の中心は、装置の光線と一致するようにする
。次いで台及びそれに載せたフィルムを動かして上記の
光線が回折点の最も強度の強い領域を通過するようにし
、正しく中心合せが行なわれているかどうかを確認する
ため反対側の回折点を調べて見る。そして何らかの必要
な微調節を行なった後、フィルムを少くとも360o回
転することにより適当なコーオディネート紙上に方位強
度のトレースを記録する。この結果2本の主要なピーク
を有する曲線を得る。この場合、強度軸は垂直軸にとら
れ、角の変位が水平軸にとられている。基線(舷sel
ine)は、ピークの両側における最小点に接するよう
に引いた直線として、それぞれピークに引くことができ
る。基線に対して垂直線を各ピークの最高値から引く。
次いで各垂直線の中点(即ち“半強度”点)を通して水
平線を引くが、これはそれぞれの曲線の各すそと交叉す
る。この各“半強度”水平線の交叉点間の距離を次の如
く円弧角度に転換する。即ち角の変位360o に等し
い水平距離をある点の360o回転によって決定し、次
いでそのような回転に対する水平の変位を直接測定する
。例えば、上述の2本の主要なピークの一方をこの目的
に使用することができる。この結果比例により、“半強
度”交叉点間距離を角度に転換しうる。2個の円弧に対
する角度値を平均し、これを本明細書においては配向角
と呼ぶ。
この方法で決定した値は、95%確率水準において精度
土0.7oであることが判明した。見かけの微結晶の大
きさ(ACS)の測定法本発明の繊維のX線回折スキャ
ンは、繊維の化学的構造、結晶性及び秩序(オーダー)
及び配向の程度に応じて異なる。
観測された主要な回折ピークの各々に対して、見かけの
微結晶の大きさ(apparentcr$tallit
esize、以後ACSと略記する)の測定は、X線回
折計によって強度のトレースを記録する反射法に従い、
X線回折図から得られるデータに基づいて計算できる。
回折パターンの記録には、フィリップス (Philips)社のX線発生装置、広角回折計及び
電子回路パネルを使用する。
この場合、ヤーンの軸が回折計の機械的(20)軸に垂
直となるように、改良されたフィリップ社の試料ホルダ
ーの回りに約1.5肌のャーンを捲きつける。この試料
ホルダーの改良は、ホルダーの端に沿って中0.01イ
ンチの刻み目を約21個入れ、且つ直角な関口の底側に
薄い鎖フオイルのシートを接着させ、上部の繊維のみが
X線ビームにさらされるようにすることからなっている
。ニッケルをフィルターとする鋼照射管(1.5418
A)を用い、且つパルス高解折計を有する計数管を使用
することにより、スキャンニング速度は201o/分、
チャート速度0.5インチ/分、タイムコンスタント目
盛2、及び散乱及び受信スリット0.5oにおいて、回
折強度のトレースを20が60〜総。で記録する。この
場合、28は回折されてないビームと回折されたビーム
間の角度である。記録計のフルスケールは、全回折曲線
がスケール内に入るように設定し(但し、該スケールは
直線的である)、且つできる限り大きな応答が得られる
ように、好ましくは最高強度がフルスケールの小くとも
50%であるように設定する。本発明の繊維に対して観
察される回折スキャン則ち回折図は、試料が結晶性であ
る場合、多くのピークのパターンからなっている。
多くの場合2本の主要なピークが20で表わして約17
〜250(殆んどの場合28が19〜24o)の範囲内
に存在する。少数の例においては、2本のピークの1つ
はインフレクションとしてのみ認めうるが、その位置を
規定するのには十分である。時にはただ1本のみの主要
な狭い結晶性ピークが観察されることもある。見かけの
微結晶の大きさを知るために用いる方法〔例えば、L.
E.アレキサンダー著、“高分子化学におけるX線回折
法”Wiley−lnte岱clence社出版、第7
章(1969年)参照〕は、下言己の通りである。試料
が結晶性でない場合には、ただ1つの非常に中広いピー
クが存在することが回折図の唯一の特徴である。
この場合には、見かけの微結晶の大きさは0とする。基
線を先づ、20が90及び360である曲線上の点の間
に直線を引くことにより、スキャン上に設定する。
次いで選ばれたピークの頂点から基線まで垂直線を引き
下し、この垂直線上に、ピークの頂点と基線間の間の中
点を記入する。次いでこの中点を通って水平線を引く。
この線は、ピークの片方の肩と交叉するか、又は2本の
主要なピークの間に存在する最4・値が十分低い場合に
は両方の肩と交叉する。この点における選んだピークの
中は、水平線に沿って一方の肩から垂直線までの距離を
測定しそれを2倍するか、又は可能な場合には水平線に
沿った両眉間の距離を測定するかのいづれかの方法によ
って得ることができる。この距離をラジアンで表した値
がピーク中(又はライン中)と呼ばれるものであり、こ
の値は28用のスケール(予じめチャート上に設定)を
用いて、ィンチ又は伽で観測されライン中を度に変換し
、最後にラジアンに転換することにより得ることができ
る。Bをラジアン単位で観測されたライン中とすると、
補正したラジアン表示のライン中8は(例えば上述のア
レキサンダの著書443頁を見よ)、8ニノ酌一b2 で与えられる。
〔上式中、bはラジアン単位で示した装置のブロードニ
ングである〕この装置のブロードニング定数bは、X線
装置の製造業者〔フィリップス社(PhilipsEl
eCtroniC I肥tr山mentS、Mount
Vemon、N,Y,)〕から提供される珪素結晶粉
末試料の回折図において、28が約280に位置するピ
ークのライン中を測定することにより決定できる。
定数hはラジアン単位のこのライン中である。使用する
装置の測定条件は、スキャンニング速度28が0.12
5oノ分、タイムコンスタント目盛8、及びチャート速
度1″/分である。最後に、選択された反射に関連する
見かけの微結晶の大きさは、下式K入 ACS=夜寒で によって与えられる。
〔上式中、Kは1(単位)と見駁し、 入はX線の波長(ここでは1.5418A)であり、8
は上述したラジアン表示の補正したライン中であり、 8‘まブラック角(回折図から得られる選択したピーク
の28値の1/2)である〕第一次の見かけの微結晶の
大きさ(PACS)本発明の生成物の構造を規定するの
に用いた、第一次の見かけの微結晶の大きさ(prim
aひapparentcr松tallitesize、
以後PACSと略記する)は、1本より多い結晶性ピー
クを有する繊維に対し、28のより小さい(又は最小と
規定する)値に位置するピークに関して計算された見か
けの微結晶の大きさとして定義されるものである。
この測定においては、ライン中は微結晶の大きさの他に
、結晶中の歪及び結晶の不完全さによっても影響するこ
とが認められている。
然しながら結晶の歪及び不完全さは我々が知り得ない値
であるから、この理由により、上述の如く測定される微
結晶の大きさの値は“見かけ”と呼ばれるのである。こ
の方法によって測定した値は、95%確率水準において
精度士2Aであることが判明した。
ラテラル微結晶オーダー(L.C.0.)の定量的測定
法薄い繊維断面(セクション)に電子線回折を適用する
ことからなる試験法によって、本発明の生成物が結晶平
面の特異的な横方向配列を有していることが明らかとな
り、この構造的特徴が生成物のすぐれた強力と関連して
いることを示すことができる。
好適な構造は、その平均的位置が繊維軸及び半径を含む
平面に平行であるような一組の結晶平面を有する。この
試験法においては、通常の繊維のX線回折図(見かけの
微結晶の大きさを測定するための方法において得られる
もの)における、主要な(即ち最も強度の大きい)赤道
線上の反射が同定される。
本発明の殆んどの繊維は、約3.9〜4.9Aのd一面
間隔に相当する2つの主要な反射を有するものであり、
これを“構造第1種”と呼ぶことにする。ある種の繊維
は、同様のd面間隔範囲に相当するただ1個の主要な反
射を有するが、これを“構造第0種”と呼ぶことにする
。この試験法は、上述の主要な反射のみと関係するもの
であるから、上述の主要な反射が、特定の薄い繊維断面
の電子回折図において同定しうるように、電子線回折装
置を調製する。電子線回折図の主要な反射に対する強度
が特定の方法で測定され、ラテラル微結晶オーダー値が
計算される。
断面(セクション)の調製 繊維(又はフィルム)の分解又は劣化を避けるために選
ばれた正確な条件を用い、弛緩下又は低緊張下に約1鼠
酸間程度、試験すべき繊維(又はフィルム)を400〜
500qoの範囲の温度に加熱する。
この加熱は、管との援触を防ぐのに丁度十分な緊張下で
、繊維を窒素で満した加熱金属管中を通過させることに
よって幸便に行なうことができる。十分配列した繊維東
(直径約1側及び長さ5側)をェポキシ樹脂中に埋め込
む。次いでこの調製物から短いセグメントを切断し、保
持器具としてのテーバの付いた棒の端に接着させる。加
熱したフィルム試料は、小さい“ビーム(BEEM)”
カプセル〔例えば、ラッド・リサーチ・イン ダストリ
ーズ〔Ladd ResearchIndustrie
s)製、Burlingon、Ve皿ont〕を用いる
ことにより、最も容易に埋め込むことができる。
先ず試料を挿入するためにカプセルのテーパのついた先
端で直径方向に沿って切り目を作り、試料をフィルムの
端がカプセル軸に対し45oとなるように上記の切り目
中に操入する。次いでカプセルをェポキシ樹脂で一杯に
し、重合させる。続いて好ましくは、非常に薄い断面を
調製するために設計されたダイヤモンドナイフ及びミク
ロトーム〔例えば、ストックホルムのLKBによる“ウ
ルトラトーム(U1tratome)”〕を切断速度1
肋/秒又はそれ以下の切断速度で使用することにより、
埋めこんだ繊維又はフィルムから厚さ0.1〜0.2仏
の断面を切り取る。この試料は、ナイフ・エッジが繊維
東又はフィルムの長軸(押し出し方向)に直角であり且
つフィルムの厚さ方向に平行となるように、切断中、そ
の方向を定めるべきである。構造第1種を有する繊維及
びフィルムは、試料の最軸に対して約45oの角度で切
断する。
構造第ロ種を有する繊維及びフィルムは、分子鎖軸がセ
クションの表面に対して実質的に直角となるように切断
する(この調整はユニバーサル・ステージを有する偏光
顕微鏡で実施できる)。フィルムのセクションは、それ
が少くとも1つの長い側辺(切断方向に平行な)と1つ
の短かし、側辺(切断方向に直角)とを含有するように
調製すべきである。これらの辺は元釆の押出し表面であ
る。有用な断面は、それが過度の切り琢、ぎざぎざ、し
わ又は圧縮歪を有さないような品質のものでなければな
らない〔参照、D.ケイ(Kay)著、“電子顕微鏡法
”、第2版、松0頁:F.A.デービス(Davis)
、Philadelphia、1963辛版〕。
電子線回折上述の如くして調製した繊維断面を蟹子顕微
鏡のグリッド‘こ移し、且つ加速電位10雌Vで操作す
るAEIEM−的電子顕微鏡の通常の高解像位置に置く
。次いでハーフ・プレート・マスク(half−pla
temask)をその定位暦に回す。電子顕微鏡を回折
用にセットし、回折の粗い焦点を回折焦点位置から時計
の反対方向に1目盛(dick)回し、約60び音の倍
率にする。次いで繊維(又はフィルム)のセクションの
長軸(切断方向に凡そ平行であり且つセクションの中心
を通過する)がハーフ・プレート・マスクの端に直角に
なるまで、検査すべきセクションを回転する。次いで選
択した面積の閉口、即ち対物面(objectplan
e)において約1一の有効直径を有する閉口〔以下単に
これを“関口(apertme)”と呼ぶ〕を繊維セク
ションの短融(セクションの中心を通り且つ上記の長藤
と直角の鞠)に沿って移動させ、繊維セクションの端か
ら開口径の1個乃至は2個分離れた点に、開□の中心の
位置を設定する。このように設定した位置を以後、本明
細書ではS−位置(S−position)と呼ぶこと
にする。次いで回折パターンの焦点を合わせ、写真用フ
ィルム〔デュポン社製オルト(び比o)−S〕をカラム
中に、半分の距離(halWay)より僅か多い距離だ
け前進させて、そこで回折パターンを記録する。回折の
粗い焦点を再び時計と反対方向に1目盛動かし、閉口径
を今度は繊維セクションの長軸に沿って移動させ、繊維
セクションの端から開口径1個又は2個分離れた地点に
、関口の中心位置を設定する。このように設定した位置
を以後L−位置と呼ぶことにする。回折図形の焦点を合
わせ、写真用フィルムをカラム中全部の距離進めて、回
折図形を記録する。この操作を少くとも3本の異なる繊
維のセクションに対して繰返す。第2図は、(450で
切断した)繊維セクション2、及びS−位置回折図を取
る直前の顕微鏡像におけるハーフ・プレート・マスクの
端6と関口4の位置を表わす。
更に、端6に直角なセクションの長藤8、短軸7、及び
L−位置回折図に対する開口の位置9を示す。フィルム
のセクションは、上述の如き向きに存在している。
開口は、S−及びL−位置に対応して、それぞれセクシ
ョンの2個の長軸端のいずれかから開口径1つ又は2つ
分だけ離れた任意の地点、及びセクションの短軸端から
開口径1つ又は2つ分離れた任意の地点に、その位置が
設定されている。上述の方法を行ない且つフィルムを現
像した後、3枚の写真陰画が得られる。
この各々は、各回折図に対して2個の電子線回折(e.
d.と略記する)図及び線(ハーフ・プレート・マスク
の端に基づく線)を有する。第3図は、ポリ(pーフェ
ニレンテレフタルアミド)繊維のS−位置において撮っ
た典型的なe.d.図を示す。
指標線(inde刈ne)1 8は、ハーフ・プレート
・マスクの端に平行に、図の中心を通して行いたもので
ある。この図は対の回折円弧10,12及び14を有し
、且つその各対の円弧は回折図の中心から同一半径上に
存在する。この対の各円弧は、方位方向(azim山h
aldirection)で測定した場合、図示してな
いが、回折図の中心を通るある線(以下この線を“中心
線”という)上に位置した最高強度の点(以下×線繊維
図における主要赤道線上の反射に対応する円弧に対して
は、“最高点”と呼ぶことにする)を有する。回折図の
中心部は、入射電子線に基因する黒度の高い円形区域1
6によって不明瞭となっている。円弧10及び12は、
構造第1種のものに対する主要な反射として同定され、
それ故に“最高点”を有する。第4図は、第3図に用い
たものと同一のセクションのL−位置で撮ったe.d.
図を示す。
本図及び以下の図においては、中心20の回りの黒度の
高い部分を省略し、主要な反射のみを示すことにする。
第5図は、S−位置におけるe.d.図に示す。
最高点の位置10,11及び12はX線による主要な反
射に相当する。通常の湿式薮糸によって製造した(それ
故本発明の一部を形成しない)代表的なポリ(p−フェ
ニレンテレフタルアミド)繊維である繊維のセクション
は、S−及びL−位置の両方において、第4図に示すも
のと同様のe.d.図を示す。
回折図に対する品質試験−構造第1種に対して適当なe
.d.図は次の如き特徴を有する:A 指標線に対して
平行(±30o以内で)である、中心線を有する少くと
も1対の最高点、及び次の配列の1つを有する。‘1}
指標線に平行(士300以内で)である中心線を有す
る第2の1対の最高点(参照第4図)、又は ‘21 指標線に直角(±30o以内で)である中心線
を有する第2の1対の最高点(参照第3及び5図)、又
は‘3’回折環(即ち、最高点を有さない主要な360
o円弧)、■ ある場合には、上述のタイプの回折図は
上述の最高点の1つに等しい半径を有する第2の1対の
最高点を有していてもよい(参照第5及び6図)。
B 2個の主要な回折環。
特徴A又はBが出現しない場合には、他のセクションに
対して新しい回折図を得るべきであるか、又は同一のセ
クションを用い、選択した面積の開〇の位置を僅かにず
らせて他の回折図を撮るべきである。
2対の最高点の中心線がS位置の回折図において、互い
に直角(30o以内で)である場合には、L−位置にお
ける同一の反射は、‘1’互いに平行(300以内で)
な中心線上にある(参照第3及び4図)、又は【2}内
部及び外部の反射を交換して元の相互に直角(300以
内)な中心線上にある、のいずれかに存在しなければな
らない。
条件【11及び‘2}の不存在は切断歪のある証拠であ
り、それ故新しいセクションを調製して更に試験しなけ
ればならない。与えられた試料に対する一連の回折図に
おける最高点及び/又は主要な環は、S−位置の回折図
の調査により、“a”又は“b”と表示する。
S−位置の回折図が指標線に直角(土30o以内まで)
である線上に最高点を有する場合(参照第3,5及び6
図)には、回折図の中心からの半径において、これらの
最高点に相当する所のS−及びL−位置の両者の回折図
のすべての環及び/又は最高点を“旧”と表示し、それ
以外の主要な最高点又は環が、もし存在する時には、そ
れを“a”と表示する。
指標線に直角(土30o以内で)な線上に最高点がなん
ら存在しない場合であって、且つ‘11、指標線に平行
(±30o以内まで)な線によって結ばれる2対の最高
点が存在する場合か(参照第4図の配列)、又は■、両
反射が完全な環である場合か、又は‘3’、1対の最高
点及び1個の環が存在する場合には、外側(回折図の中
心からの距離が大きい方)の対の最高点又は外側の環を
“b”と表示し、内側のものを“a”と表示する。
回折図に対する品質試験−構造第0種に対して適当なe
.d.図は次の如き特徴を有する:A S一及びL−位
置の回折の両者において、単一環、又はB S−位置の
回折図において、指標線に【a’平行であるか、又は‘
b}垂直(土25o以内で)である中心線を有する1対
の最高点、及びS−位置に対する前記の条件‘a}及び
‘肌こ対し、それぞれ指標線に垂直又は平行(±25o
以内で)な中心線を有する1対の最高点を有するL−位
置の回折図。
デンシトメトリー e.d.図を有する現像したフィルムは、1併音の対物
レンズ、比20:1のアーム、1.紅ウェツジ範囲及び
4肋方形スリットを用いるジョィスーレーベル(Joy
ce−ゆebel)マイクロデンシトメ‐夕‐によって
試験する。
構造第1種の回折図に対しては、指標線に殆んど平行な
最高点を結びつけている中心線に沿って、又はその区域
に最高点が存在しない場合(例えば環の場合)には指標
線に沿って、各回折図に対しスキャンを行なう。主要な
反射として均一な環を有する構造第2種に対しては、指
標線に‘1}平行及び‘2)垂直に、図の中心を通して
2回スキャンを行なう。1対の最高点を有する構造第ロ
種の回折図に対しては、最高点の中心線に沿って、及び
該中心線に垂直で且つ回折図の中心を通る線上でスキャ
ンを行なう。
第7図は、第4図の回折図の最高点10の中心線に沿っ
て行なったデンシトメータのトレース図24を示す。
ピーク26及び28(それぞれ“a”及び“b”と表示
)は、第4図における最高点10及び12によるもので
ある。最高黒度の平坦部3川ま暗い中心部に基因するも
のであり、また基線が示されている。デンシトメーター
トレース図の解析 この試験では、e.d.図に関して“a”又は“b”と
表示したピークの高さ間の比(高さはe.d.図におけ
る強度に比例する)を知ることが必要とされる。
ピークが近接して、互いに妨害しあっている場合には、
この妨害に対する補正を行なわねばならない。この様な
補正の行ない方、及びピーク高さの定義は、下記に説明
する如くである。すべての場合、中心部のトレ−ス図3
5の底部34と、トレースの外側の低い部分36との間
に自在定規を用いて基線曲線32を引く(参照第8図)
。1 2本に***したピークを有するトレース図内側の
ピーク26の外側の肩(sho山der)27を、外側
のピーク28の外側の肩29の実質的に直線の上部部分
に対して平行に引いた直線38で延長する。
外側のピーク28の内側の肩を、内側のピーク26の内
側の肩の実質的に直線の上部部分に対して平行に引いた
直線40で延長する。ピークのピーク高さは、ピークと
及び‘1’基線か又は■他のピークの肩の延長線との間
の垂直距離の小さい方で与えられる。第8図において、
ピーク26のピーク高さは、ピークから基線までの垂直
線で測定する。ピーク28のピーク高さは、ピーク及び
肩の延長線38間の垂直線44で測定する。2 1本が
***し且つ1本がインフレクションである2本のピーク
を有するトレース図これらは上述と類似の方法で分解し
た(参照第9図)。
一枚のトレーシングペーパーをトレース図上に置き、水
平基準線を引く。***してないピークのインフレクショ
ン部28及びこのインフレクションの肩31を含むトレ
ース図の部分を紙上に写す。次いで、前記の基準線を水
平に保ちながら、紙をずらし、上記の肩の図面を***し
たピークの肩27及びインフレクションの低い方の肩3
3中に混入せしめる。この図面をカーボン紙により元の
トレース図に移して、補正した肩44を与える。インフ
レクション28のピーク高は、そのピークの元の層及び
補正した肩間の最高垂直分離距離である。***したピー
ク26のピーク高は、そのピークから基線までの垂直距
離である。3 単一ピ−クを有するトレース図 ピーク高は、ピークから基線までの垂直距離である。
4 いづれも***してない2本のピークを有するトレー
ス図ピーク高は等しいと考えられるから、2本のピーク
高の比は1とする(第10図参照)。
第10図は第6図の回折図を半分スキャンしたトレース
図を示す。計算 半スキャン(中心の外側)で測定される主要な回折の強
度の合計は、基線の強度より少くとも0.5大であるべ
きである。
全回折図のスキャンは、実質的に対称なトレース図を与
えるべきである。
即ち、回折図中の最高の強度の点に関するピークの、左
側及び右側のピーク高さ(基線から測定)は、それぞれ
左及び右側値の平均から高々20%内にあるべきである
。ピーク高さを決定する構造的因子に基づいて、パラメ
ーターAを、本発明の生成物における好適な構造の度合
の尺度として選択する。構造第1種に対しては、A=(
a/b)S/(a/b)L (上式中、a/bは回折図a及びbのピーク高の比であ
り、添字S及びLはそれぞれS−及びL−位置に関する
ものである〕。
構造第ロ種の場合には、A=(日,/日2)S/(日,
/日2)Lo但し、日,及び日2は次のように定義する
単一環e.d.図においては、日,及び日2はそれぞれ
、指標線に直角及び平行なスキャンにおけるピーク高で
ある。
1対の最高点を有するe.d.図に対しては、日,及び
比はそれぞれ、{a’、指標線に直角(25o以内で)
にスキャンしたさいのピーク高さ、及び‘b}、上記{
a)のスキャン方向に直角にスキャンした際のピーク高
である。
添字S及びいまそれぞれ、S及びL−位置において撮っ
た回折図に関するものである。“A”の一つの値(Ar
)は、両位置に対するデンシトメーターのトレース図の
右側半分におけるa及びbの値を用いて計算されたもの
である。
“A”の第2の値(AI)は、同一の回折図に対するデ
ンシトメーターのトレース図の左側半分における、a及
びbの値を用いて計算された値である。繊維(即ち、与
えられたセクション)に対するラテラル微結晶オーダー
(L.C.0.)の値は、そのセクションに対する〜及
びAeの平均値である。
両方が有限数である場合には、それを直接平均すること
ができる。もしそれらの値が一つの有限値及び一つの無
限大値からなっている場合には、それらの値の逆数を平
均し、その平均数の逆数が求める平均値である。両方の
値が無限大値である場合は、平均は無限大である。次の
表は、後述の実施例における3本のフィラメントに対す
る平均L.C.0.値及び3つの値の範囲を示す。
但し、“i”は無限大値を示す。通常の湿式紡糸法によ
って製造したPPD−Tフィラメントに対するL.C.
0.値は0〜4.5の範囲にあり、殆んどの値は約1.
0である。繊維の密度 密度−勾配管に対する液体系としてへブタン−四塩化炭
素を25℃で用いることによって改変した、ASTM法
D1505一餅入27部(1970王)に記述されてい
るブラスチックス用の密度一勾配管法により、繊維の密
度を測定する。
この場合、弛ろく結んだ短かい長さの(約1〜2功)フ
ィラメント又はャーンの密度を4回測定し、その平均値
を以て測定値となす。次の表は、実施例の繊維に対する
密度(夕/地)の値を示す(有効数字は3ケまで)。
本発明の完全に芳香族ポリアミド繊維は、好適には少く
とも1.斑夕/地の密度を有し、このことは、繊維が期
待される引張り強度をかなり減ずるような空隙又は泡を
過度に有していないということを保証するものである。
実施例 1本実施例は、ジアミン及びジカルボン酸ハラ
イドから製造した種々のポリアミドの使用例を示す。
重合体は、アミンを溶媒中に溶解させ、アミン溶液を約
5〜1び0に冷却し、次いで魔拝しながら二塩基酸を急
速に添加し、可能な場合には少くとも約1時間燈梓を継
続した。
重合体をワアリング・ブレンダー型混合機中において水
中で粉砕することにより粉状又はゲル状物から回収し、
炉紙上に集め、水洗を繰返し、次いで乾燥した。高分子
量重合体の製造においては、通常の注意に留意した。使
用した単量体及び生成した重合体は表1の通りである。
表中の略号“PPD”及び‘TCI’’はそれぞれpー
フェニレンジアミン及びテレフタロイルクロリドを示す
。重合の詳細は表Dの通りである。共重合体に対して同
一のタイプの単量体を2種用いる場合には、単量体のモ
ル比を示す。Nーメチルピロリドン畑及びN・N一ジメ
チルァセトアミド(DMAC)を同容積用いる項目iを
除くすべての項目に対しては、2種の溶媒、即ちへキサ
メチルホスホルアミド風及びN−メチルピロリドン‘B
}の混合物を使用した。2種の溶媒の重量比、及び溶媒
の全モノマーに対する重量比は共に表に示されている。
ドープは、酸100泌当り重合体46夕(20重量%)
となるように、硫酸(99.7〜100.0%比S04
)(但し項目j及び1に対しては重量比1:1、及び項
目f,に対しては1.15:1の硫酸及びフルオル硫酸
の混合物)を用いることにより、調製した。
いくつかの場合に使用する重合体は、数種の重合の混合
物であった。装置は、T字管を通して一時的に塞がるグ
ーズネック(g皿se船ck)にも連結されているステ
ンレス鋼管によって連結されている2個の塔頂開放シリ
ンダー(各々の容積約250叫)からなっていた。
各シリンダーはその基部に炉過用充填物〔3〜50メッ
シュスクリーン/1〜325メッシュスクリーン/3〜
50メッシュスクリン、メッシュ/インチ(メッシュ/
2.54伽)〕を有していたご この混合装置は、各シ
リンダーにぴったりと合う一対のピストンを有している
。各ピストンの小さい孔は各ピストンの最初の取り付け
時に空気を排出せしめるために開いており、次いで密閉
した。この混合装置の周囲に約95午○の水浴を設置し
た。約1〜2時間後、重合体−溶媒混合物をピストンで
1方のシリンダーから他のシリンダーへ押し出し、全部
で約5サイクル同様の操作をした。かくして、今やドー
プとなった1シリンダー(及び連結通路)中の混合物全
部に関し、連結通路に連結されているグーズネックから
閉塞物を取り除き、このグーズネツクを電熱式紡糸ブロ
ック、即ちステンレス鋼製フェルトろ過材〔フルッド・
ダィナミクス社(FluidDy雌mlcs、Inc.
、MorriStoWn、N.J.)(製ダィナロィ(
D肌aloy)×5〕及び2ミル(0.05側)/直径
の孔50個を有する直径0.5インチの紙糸口金を有す
る敵糸ブロックに連結した。次いで9500の水浴を混
合装置及び管の最初の部分の周囲に移した。水浴及び紡
糸ブロック(100qo)間の短い長さの管には、水蒸
気導管を巻いた。続いて第1図に示したものと同様の級
糸管及び捲き上げ装置を使用することにより、ドープを
直径0.051又は0.076肋の孔を有する紙糸口金
から51〜10ぴ○(但し項目iのみは35qo)の紡
糸ブロック温度で押し出し、空気層(0.5〜1.秋ネ
)を通し、水(0〜4℃)中に導き、且つフィラメント
を項目iに対する71m.p.mから項目pに対する4
斑血.p.mまでの範囲の速度で捲上げた。この繊維を
水中で完全に洗浄し、ボビン上で乾燥した。S.S.F
及びフィラメントの性質は、表ロの通りである。項目e
における1.V.は0‐1%の濃度で測定した。表I 表○ (但し0.A.は配向角の略語である。
以下の表においても同様)実施例 0本実施例はA−B
単量体から製造した重合体を示す。
ランダム共重合体(項目b)(pーベンズアミド/クロ
ル−pーフエニレンテレフタルアミド、75/25)は
、約11℃に冷却しながらpーアミノベンゾィルクロリ
ド塩酸塩及びクロルーpーフェニレンジアミンをN・N
−ジメチルアセトアミド中に溶解させ、縄拝しながらテ
レフタロィルクロリドを迅速に添加し、且つ夜通し放置
した後上述の如く重合体を回収することに:より、製造
した。
単量体のモル比は、それぞれ3:1:1であった。単独
重合体(項目c)〔ポリ(pーベンズアミド)〕は、N
・N−ジメチルアセトアミドを−10℃に冷却し、次い
で損拝しながら4一(pーアミノベンズアミド)ーベン
ゾイルクロリド塩酸塩(溶媒/単量体重量比=6.5)
を迅速に添加することによって製造した。2.7虫時間
壇拝した後、混合物を炭酸リチウムで中和し、更に蝿拝
を1.虫時間継続した。
重合体は上述の如く回収した。重合体の1.V.は4.
0(項目b)の範囲であった。
またドープは、項目c(重合体40夕/100のと、又
は18重量%)を除く項目bに対し、硫酸100の【当
り約46夕の重合体(2の重量%)を与える量の硫酸(
99〜100%比S04)を用いることにより調製した
。次いで実施例1の装置及び方法を用い、ドープを直径
0.051〜0.076柳の孔の紙糸口金から37q0
(項目b)及び68qo(項目c)間の温度で押し出し
、空気層(0.5〜1.2肌)を通して水(1〜3℃)
に押し出し、且つフィラメントを項目bに対する184
m.p.m〜項目cに対する329h.p.mの速度で
捲上げた。
この繊維を完全に水中で水洗し、ボビン上で乾燥せしめ
た。性質は表mの通りである。
表m
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の繊維の製造に適当な方法を行なう際の
装置の1種の概略図であり、第2図は繊維の断面図であ
り、第3,4,5及び6図は繊維断面の選択された区域
の電子線回折図の図式表示であり、第7及び10図はそ
れぞれ完全及び半回折図のデンシトメーターのトレース
図であり、第8及び9図はデンシトメーターのトレース
の部分図である。 FIG.l FIG.2 FIG.3 FIG.4 FIG5 FIG.6 FIG.7 FIG.8 FIG.9 FIG.l○

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 (1)(A) 下記式(I)及び(II)の繰返し単
    位、下記式(I)、(II)及び(III)の繰返し単位又は
    下記式(III)の繰返し単位、▲数式、化学式、表等が
    あります▼ 及び ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、繰返し単位(I)及び(II)は実質的に当モル
    量で存在し、 基R、R′及びR″は2価の基を表わし、基Rは、1
    ・4−フエニレン、モノクロロ置換1・4−フエニレン
    、2・5−ピリジレン、4・4′−ビフエニレン、トラ
    ンス−ビニレン、2・6−ナフチレン、4・4′−アゾ
    ジフエニレン、1・3−フエニレン及びトランス−1・
    4−シクロヘキシレンを表わし、 基R′は1・4−フ
    エニレン、4・4′−ビベンジレン又は4・4′−オキ
    シジフエニレンを表わし、基R″は1・4−フエニレン
    を表わす、 但し、 (a) 基Rがすべて1・4−フエニレンから成る場合
    は、基R′は90モル%以上の1・4−フエニレンと、
    10モル%以下の4・4′−ビベンジレン又は4・4′
    −オキシジフエニレンとの2単位であり、(b) 基R
    ′がすべて1・4−フエニレンから成る場合は、(b−
    1)基Rはモノクロロ置換1・4−フエニレン又は2・
    5−ピリジレンであるか、又は (b−2)基Rは、45モル%以上75モル%未満の1
    ・4−フエニレンと、25モル%を越え55モル%以下
    の4・4′−ビフエニレン、トランス−ビニレン、モノ
    クロ置換1・4−フエニレン、トランス−1・4−シ クロヘキシレン又は2・6−ナフチレン との2単位であるか、或は (b−3)基Rは、75モル%以上の1・4−フエニレ
    ンと25モル%以下の4・4′−アゾジフエニレン、1
    ・3−フエニレン、トランス−1・4−シクロヘキシレ
    ン又はト ランス−ビニレンとの2単位であり、 (c) 上記(I)、(II)及び(III)の繰返し単位、
    又は上記(III)の繰返し単位から成る場合は、 基R″で表わされる1・4−フエニレン単位が全体の
    少くとも75モル%であり且つ(I)及び(II)から成
    る単位が25モル%以下である、 から実質的に成る芳香族ポリアミドと、 (B) 少くとも98%濃度の硫酸、クロル硫酸、フル
    オロ硫酸又はこれらの混合物から成る群から選択された
    溶媒とから実質的に成り、且つ (C) 該芳香族ポリアミドの濃度(C)が少くとも3
    0g/溶媒100mlであり、また該芳香族ポリアミド
    の固有粘度が少くとも3.0である光学的異方性ドープ
    を、(2) 該ドープが液状を示すが120℃以下の温
    度においてオリフイスを通して不活性な非凝固性気体中
    に、次いで該ドープに対する凝固浴中に押し出し、(3
    ) 縦方向に配向し且つフイラメント強力が少くとも1
    8グラム/デニール及びフイラメント伸度が少くとも3
    .5%である紡出繊維を形成することを特徴とする芳香
    族ポリアミド繊維の製造方法。
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