DE68927225T2

DE68927225T2 - Acrylfaser und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE68927225T2
Application number: DE68927225T
Authority: DE
Inventors: Naoki Kanamori; Hidetoshi Kanzaki
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2009-12-22
Also published as: KR920007107B1; KR900010072A; EP0376625B1; EP0376625A3; AU4723089A; CA2006493A1; AU612918B2; EP0376625A2; DE68927225D1; CA2006493C

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine synthetische Acrylfaser, insbesondere eine synthetische Acrylfaser mit aderartigen oder strohhalmartigen Hohlräumen, die sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstrecken, welche durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung dieser synthetischen Acrylfaser. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen breiartigen Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser, der ausgezeichnete Eigenschaften als Ausgangsstoff für ein Reibungsmaterial, Papier oder ungewebten Textilstoff besitzt. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Reibungsmaterial, das diesen breiartigen Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser als Grundmaterial umfaßt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Hohle Acrylfasern sind zum Beispiel aus der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 51-149922 und aus der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-89612 bekannt. Zu den herkömmlichen hohlen Acrylfasern gehören eine Faser mit zellartigen, voneinander unabhängigen Hohlräumen im Innern und eine röhrenförmige Faser, die im Innern ein kontinuierliches Loch entlang der Faserachse enthält.
Die hohle Acrylfaser mit zellartigen, voneinander unabhängigen Hohlräumen weist in ihrem Querschnitt nur wenige große Hohlräume auf, wie es zum Beispiel in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 51-149922 offenbart ist.
Die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr.57-89612 offenbarte hohle Acrylfaser weist in ihrem Querschnitt mehrere relativ große Hohlräume auf, wie es in den Zeichnungen der Offenlegungsschrift gezeigt ist, und diese Faser läßt sich nicht leicht aufspalten.
Die Hohlräume in diesen bekannten hohlen Fasern sind zellartige Hohlräume oder lange Hohlräume, die sich in Längsrichtung der Faser erstrecken, und die Länge dieser Hohlräume beträgt höchstens etwa 40 bis etwa 50 µm.
Der Zweck der Bildung von Hohlräumen in Fasern besteht bei den herkömmlichen Techniken darin, das Gewicht zu senken, die wärmeisolierenden Eigenschaften zu verbessern, wasserabsorbierende Eigenschaften zu erhalten, sowie zu erreichen, daß sich die Faser weich anfühlt und daß sie sich trocken anfühlt. Um diese Ziele zu erreichen, liefern synthetische Acrylfasern mit Hohlräumen, wie sie in den oben genannten Patentveröffentlichungen offenbart sind, ausgezeichnete Ergebnisse.
In letzter Zeit hat das Bedürfnis nach einer Faser mit einer Vielzahl stark verbesserter Eigenschaften zugenommen, und die Aufmerksamkeit konzentriert sich nun auf eine Faser mit solchen Eigenschaften, daß die Faser nach der Bildung einer Faserstruktur oder nach der weiteren Bildung eines faserigen Produkts, wie eines Gestricks oder Gewebes, aus der Faserstruktur mit verschiedenen Mitteln in feinere Fasern aufgespalten werden kann. Fasern mit solchen Eigenschaften sind dadurch gekennzeichnet, daß die Freiheit der Verarbeitbarkeit erhöht wird, wodurch die Fasern bei einem beliebigen Verarbeitungsschritt nach der Bildung von Faserstrukturen in feinere Fasern aufgespalten werden können und faserige Produkte mit ausgezeichneten Eigenschaften bereitgestellt werden können, die aus herkömmlichen Fasern nicht zu erhalten sind.
Unter diesem Gesichtspunkt bringen die in den oben genannten Patentveröffentlichungen offenbarten hohlen synthetischen Acrylfasern insofern Probleme mit sich, als sie durch eine äußere Kraft, zum Beispiel durch Aufschlagen und Reiben, nicht in feinere Fasern aufgespalten werden können.
Die Hauptgründe dafür, daß die in den oben genannten Patentveröffentlichungen offenbarten Fasern durch eine äußere Kraft nicht leicht in feinere Fasern aufgespalten werden können, sind: (1) Der Anteil der Hohlräume im Querschnitt der Faser ist gering, und (2) bei den Hohlräumen handelt es sich um zellartige Hohlräume, die sich nicht weit in Längsrichtung der Faser erstrecken.
Fasern, die durch eine äußere Kraft in feinere Fasern aufgespalten werden können, sind zum Beispiel aus der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 47-32122 und der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 55-30460 bekannt.
Die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 47-32122 offenbarte Faser ist eine konjugierte Faser, in der im Querschnitt eines einzelnen Filaments ein wasserunlösliches Polymer durch ein wasserlösliches Polyamid, das sich in radialen Richtungen erstreckt, in mehrere Teile aufgetrennt wird. Die in der Japanischen offenlegungsschrift Nr. 55-30460 offenbarte Faser ist eine fibrillierte konjugierte Faser, die aus einem Polyamid und einem Polymer, das keine Affinität zu dem Polyamid besitzt, besteht.
Die Kosten dieser Fasern sind zwangsläufig hoch, und zwar hauptsächlich aus den folgenden Gründen. Da die Fasern gebildet werden, indem man wenigstens zwei Polymere mit unterschiedlichen Eigenschaften miteinander verbindet, müssen verschiedene Polymere verwendet werden, und für die Konjugation muß eine spezielle Spinndüse verwendet werden. Außerdem ist es schwierig, ein konstantes Verhältnis zwischen den beiden Komponenten aufrechtzuerhalten, und wenn beide Komponenten feiner gemacht und miteinander verbunden werden, ist eine fortgeschrittene Technik notwendig, um das Verhältnis zwischen den beiden Komponenten einzustellen.
GB-A-2105253 offenbart ein Verfahren zur Herstellung poröser, flammenhemmender Acrylfasern, umfassend das Spinnen einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel, die 15 bis 35 Gew.-% einer Polymerkomponente enthält, die 2 bis 50 Gewichtsteile Celluloseacetat und 50 bis 98 Gewichtsteile eines aus 20 bis 60 Gew.-% Vinylchlorid und/oder Vinylidenchlorid abgeleiteten Modacrylpolymers umfaßt, in ein Koagulationsbad; das Strecken der gesponnenen Fasern in einem ersten Streckschritt mit einem Streckverhältnis von 2,5 bis 8,0; das Trocknen der gestreckten Fasern bei einer Temperatur von 100 bis 180ºC bis zu einem Wassergehalt von nicht mehr als 1,0 Gew.-%; sowie das Strecken der getrockneten Fasern in einem zweiten Streckschritt unter feuchter Hitze mit einem Streckverhältnis von nicht mehr als 3, wodurch Fasern entstehen, die eine spezifische Hohlraumoberfläche A von nicht mehr als 15 m²/g und eine Porosität V von 0,05 bis 0,75 cm³/g besitzen, wobei das Verhältnis V/A nicht weniger als 1/30 beträgt.
GB-A-2052368 offenbart Acrylfasern, die außen mit einer Vielzahl von Falten bedeckt sind, die entlang der Faserachse verlaufen, wobei benachbarte Falten im Mittel 0,1 bis 5 µm voneinander entfernt sind, und die in jedem ihrer Querschnitte zwei oder mehr Makrohohlräume mit einem größten Durchmesser von 2 µm oder mehr aufweisen, die sich in Richtung der Faserachse erstrecken, wobei die Fasern 30 bis 150 Mikrofalten pro 25 mm Faserlänge aufweisen, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Acrylfasern, umfassend das Naßspinnen einer Spinnlösung mit einer bei 50ºC gemessenen Viskosität von 200 Poise oder weniger unter solchen Spinnbedingungen, daß das Verhältnis des Spinnzuges zum maximalen Spinnzug im Bereich von 0,5 bis 0,9 liegt, sowie das nacheinander erfolgende Durchführen von Wasch-, Streck- und Trockenbehandlungen mit dem gesponnenen Filament.
Vor der vorliegenden Erfindung war eine Faser, die aus einem Acrylpolymer besteht und durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann, nicht bekannt.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Das primäre Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Acrylpolymerfaser, die durch eine äußere Kraft leicht in feine Fasern aufgespalten werden kann.
Es wurde gefunden, daß eine Faser durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann, wenn Öffnungen mit unbestimmter Form im Querschnitt der Faser gebildet werden und jede Öffnung einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum aufweist, der sich im Innern der Faser im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt.
Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine synthetische Acrylfaser bereitgestellt, die durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann und in ihrem Querschnitt eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylfaser aus einem Homopolymer von Acrylnitril oder einem Copolymer, das wenigstens 60 Gew.-% Acrylnitril und bis zu 40 Gew.-% eines mit Acrylnitril copolymerisierbaren ethylenischen Monomers umfaßt, oder einem Gemisch von zwei oder mehr solcher Polymere besteht, daß die Öffnungen eine unbestimmte Form und eine Größe von 0,1 bis 1,6 µm haben, daß die Zahl der Öffnungen im Querschnitt der Faser wenigstens 100 beträgt, daß jede Öffnung im Innern der Faser einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum bildet, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt und eine Länge von wenigstens 60 µm besitzt, und daß das Hohlraumverhältnis der Fasern im Bereich von 35% bis 80% liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer synthetischen Acrylfaser bereitgestellt, die durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren (a) das Auflösen eines Acrylpolymers, das wenigstens 60 Gew.-% einer Acrylnitrileinheit und 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Acrylpolymers, eines Polyalkylenglycols mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von 5000 bis 50 000 umfaßt, in einem geeigneten Lösungsmittel, (b) das Alternlassen der gebildeten Spinnlösung während wenigstens vier Stunden und (c) das Extrudieren der Spinnlösung durch eine Spinndüse in ein koagulierendes Medium umfaßt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme des Längsschnitts der in Beispiel 1 nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten synthetischen Acrylfaser.
Figur 2 ist eine ähnliche Aufnahme des Querschnitts der in Figur 1 gezeigten synthetischen Acrylfaser.
Figur 3 ist eine ähnliche Aufnahme der Faser, die durch Aufspalten der in Figur 1 gezeigten synthetischen Acrylfaser erhalten wird.
Figur 4 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme des Querschnitts der in Beispiel 2 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten synthetischen Acrylfaser.
Figur 5 ist eine ähnliche Aufnahme der Faser, die durch Aufspalten der in Figur 4 gezeigten synthetischen Acrylfaser erhalten wird.
Die Figuren 7 bis 9 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der Querschnitte der in Beispiel 3 nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten synthetischen Acrylfasern.
Die Figuren 6 und 10 sind ähnliche Aufnahme der Querschnitte der in Beispiel 3 erhaltenen synthetischen Vergleichsacrylfasern.
Die Figuren 12 und 13 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der Querschnitte der in Beispiel 4 nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten synthetischen Acrylfasern.
Figur 11 ist eine ähnliche Aufnahme des Querschnitts der in Beispiel 4 erhaltenen synthetischen Vergleichsacrylfaser.
Figur 14 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme (100fache Vergrößerung) der Form und des Aufbaus des in Beispiel 6 hergestellten Gegenstands aus synthetischer Acrylfaser.
Figur 15 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme (5000fache Vergrößerung) des Längsschnitts der in Beispiel 5 hergestellten synthetischen Acrylfaser.
Figur 16 ist eine ähnliche Aufnahme (3000fache Vergrößerung) des Querschnitts der in Figur 15 gezeigten synthetischen Acrylfaser.
Figur 17 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme (200fache Vergrößerung) der Faser, die durch Aufspalten der in den Figuren 15 und 16 gezeigten synthetischen Acrylfaser erhalten wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung wird nun im einzelnen beschrieben.
Das Acrylpolymer, aus dem die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung besteht, ist ein Homopolymer von Acrylnitril oder ein Copolymer, das wenigstens 60 Gew.-% (alle "%" sind im folgenden Gew.-%, wenn nichts anderes angegeben ist) Acrylnitril und bis zu 40 Gew.-% eines mit Acrylnitril copolymerisierbaren ethylenischen Monomers umfaßt, oder ein Gemisch von zwei oder mehr solcher Polymere.
Bei den mit Acrylnitril copolymerisierbaren ethylenischen Monomeren handelt es sich um bekannte Monomere. Erwähnt seien zum Beispiel Acrylsäure, Methacrylsäure, Ester davon (wie Methylacrylat, Ethylacrylat, Methylmethacrylat und Ethylmethacrylat), Vinylacetat, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylamid, Methacrylamid, Methacrylnitril, Allylsulfonsäure, Methallylsulfonsäure, Styrolsulfonsäure, Vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin und N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat.
Wie bereits oben herausgestellt, ist die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß in einem Schnitt durch die Faser, der senkrecht zur Längsachse der Faser geführt wird (im folgenden als "Querschnitt der Faser" bezeichnet), viele Öffnungen mit unbestimmter Form gebildet werden und jede Öffnung einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum bildet, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt.
Im Querschnitt der Faser der vorliegenden Erfindung ist die Form des Schnittes durch den Hohlraum jeder Öffnung unbestimmt. Insbesondere umfassen die Formen der Schnitte durch die Hohlräume der Öffnungen im wesentlichen kreisförmige Formen, flache Formen, Formen aus wiederholten Biegungen mit spitzen Rändern, Formen mit großer Schnittfläche, Formen mit kleiner Schnittfläche und dergleichen, wie es in Figur 2 der Begleitzeichnungen gezeigt ist, und die Form und Größe der Hohlräume ist nicht konstant, sondern unregelmäßig. Da viele solche unbestimmte Hohlräume vorhanden sind, kann durch eine äußere Kraft leicht eine Aufspaltung erfolgen. Es ist besonders bevorzugt, daß die Formen der Schnitte durch die Hohlräume durch wiederholte Biegungen mit spitzen Rändern definiert werden. Wenn die Hohlräume eine solche Form des Schnittes haben, kann die Faser leichter aufgespalten werden.
Die Größe (der Durchmesser) der Hohlräume ist nicht besonders entscheidend, solange die im folgenden beschriebenen Anforderungen erfüllt sind, aber um die Faser leicht aufspalten zu können und beim Aufsplitten feine Fasern zu erhalten, sind vorzugsweise viele feine Hohlräume vorhanden. Man beachte, daß die beabsichtigten Ziele auch erreicht werden können, wenn relativ große Hohlräume vorhanden sind, falls um diese relativ großen Hohlräume herum feine Hohlräume vorhanden sind.
Wie in Figur 1 der Begleitzeichnungen gezeigt, bildet jede der oben erwähnten Öffnungen einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum, der sich im Innern der Faser im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt.
Die Länge der Hohlräume entlang der Längsachse der Faser (im folgenden als "Hohlraumlänge" bezeichnet) sollte so groß sein, daß die Faser leicht aufgespalten werden kann. Diese dünnen Hohlräume sind von den herkömmlichen Hohlräumen zu unterscheiden, die so gebildet werden, daß sie eine relativ große und unabhängige zellförmige Gestalt haben, damit sie sich weich anfühlen und man eine wärmeisolierende Wirkung erreicht. Bei der Faser der vorliegenden Erfindung beträgt die Hohlraumlänge wenigstens 60 µm. Wenn die Hohlraumlänge kleiner als 60 µm ist, ist das Aufspalten der Faser sehr schwierig, auch wenn die Zahl der Hohlräume erhöht wird.
Je größer die Hohlraumlänge, desto leichter läßt sich die Faser aufspalten, solange die Hohlraumlänge wenigstens 60 µm beträgt. Daher ziehen sich die Hohlräume am meisten bevorzugt kontinuierlich im wesentlichen durch die gesamte Länge der Faser.
Im Querschnitt der Faser sollten Hohlräume in einer großen Zahl vorhanden sein, so daß die Faser leicht aufgespalten werden kann, aber die notwendige Zahl der Hohlräume hängt von der Hohlraumlänge ab und läßt sich nicht leicht festlegen. Wenn die Hohlraumlänge groß ist, kann die Faser leicht aufgespalten werden, auch wenn die Zahl der Hohlräume relativ klein ist; im allgemeinen sind jedoch vorzugsweise wenigstens 100 Hohlräume vorhanden. Wenn die Zahl der Hohlräume kleiner als 100 ist, ist das Aufspalten der Faser sehr schwierig, auch wenn die Hohlräume durchgehende Hohlräume mit einer Länge von wenigstens 60 µm sind. Wenn im Querschnitt wenigstens 100 Hohlräume vorhanden sind, läßt sich die Faser leichter aufspalten, und weiterhin sind die aufgespaltenen Fasern feiner.
Um feine aufgespaltene Fasern zu erhalten, sind die Hohlräume im Querschnitt der Faser vorzugsweise gleichmäßig verteilt.
In der synthetischen Acrylfaser der vorliegenden Erfindung liegt das Hohlraumverhältnis, das heißt das Verhältnis der Querschnittsfläche des Hohlraums zu der Gesamtfläche des Querschnitts der Faser, in einem Bereich von 35% bis 80%. Wenn das Hohlraumverhältnis kleiner als 5% ist, ist die Zahl der Hohlräume klein, und das Aufspalten der Faser ist schwierig. Wenn das Hohlraumverhältnis größer als 80% ist, ist die Herstellung der Faser an sich schwierig.
Das Hohlraumverhältnis, auf das hier Bezug genommen wird, ist durch die folgende Formel definiert:
(1 - wahre Fadenfeinheit/scheinbare Fadenfeinheit) x 100 (%)
Die scheinbare Fadenfeinheit wird aus der Querschnittsfläche der einzelnen Faser berechnet, und die wahre Fadenfeinheit wird nach dem Gewichtsverfahren berechnet. Die Bestimmung wird anhand von 10 Probefasern einer charge durchgeführt, und der Mittelwert wird berechnet.
Die Größe (der Durchmesser) der Hohlräume im Querschnitt der Faser läßt sich nicht eindeutig bestimmen, da die Hohlräume eine unbestimmte Form haben, aber vorzugsweise beträgt der mittlere Durchmesser des die Hohlräume umschreibenden Kreises wenigstens etwa 0,1 µm.
Wie bereits oben herausgestellt, ist die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung durch die Hohlraumlänge, die Zahl der Hohlräume und die Querschnittsform der Hohlräume gekennzeichnet. Die Faser kann aufgrund der Kombination dieser charakteristischen Merkmale leicht durch eine äußere Kraft aufgespalten werden, und die aufgespaltene Faser kann in Form eines Verbands feiner Fasern oder als Dispersion feiner Fasern verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet die äußere Kraft die beim Faserverarbeitungsschritt an die Faser angelegte mechanische Spannung, zum Beispiel durch einen in der Papierherstellungsindustrie verwendeten Scheibenaufschläger oder durch Säulenstromstanzen mit Hochdruckwasser, wie es beim Herstellungsverfahren für ungewebte Textilstoffe erfolgt.
Die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung kann in den Bereichen ungewebte Textilstoffe für Bekleidung, Papierprodukte und dergleichen verwendet werden, wobei man sich die oben genannten charakteristischen Eigenschaften zunutze macht.
Nun wird das Verfahren zur Herstellung der synthetischen Acrylfaser der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie bereits oben herausgestellt, ist das in der vorliegenden Erfindung verwendete Acrylpolymer ein Polymer, das wenigstens 60% Acrylnitril umfaßt. Wenn die Menge des Acrylnitrils kleiner als 60% ist, gehen die der synthetischen Acrylfaser inhärente Weichheit sowie die Eigenschaft, daß sie sich wollig anfühlt, verloren. Die Obergrenze der Menge des Acrylnitrils ist nicht entscheidend. Bei dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Acrylpolymer kann es sich um ein Gemisch handeln, das wenigstens zwei Arten von Acrylpolymeren umfaßt. In diesem Fall sollte der Gehalt an Acrylnitril wenigstens 60% betragen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymergemischs.
Das Polymer wird in einem bekannten Lösungsmittel für Acrylpolymere aufgelöst, zum Beispiel einem organischen Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Dimethylacetamid oder Dimethylsulfoxid, einer konzentrierten wäßrigen Lösung eines anorganischen Salzes, wie eines Rhodanids, Zinkchlorid, oder einer konzentrierten wäßrigen Lösung einer anorganischen Säure, wie Salpetersäure, wodurch eine Spinnlösung hergestellt wird. Die optimale Konzentration des Polymers in der Spinnlösung hängt von der Art des Lösungsmittels ab; im allgemeinen beträgt die Polymerkonzentration jedoch vorzugsweise 10 bis 30%.
Zu dieser Spinnlösung wird ein Polyalkylenglycol gegeben. Die Zugabe des Polyalkylenglycols ist eine der wichtigen Voraussetzungen für die Herstellung der synthetischen Acrylfaser der vorliegenden Erfindung. Insbesondere tragen das Molekulargewicht und die Menge des zugesetzten Polyalkylenglycols viel zur Bildung von Hohlräumen bei.
Bei dem Polyalkylenglycol handelt es sich vorzugsweise um ein statistisches oder Block-Copolymer, das Ethylenoxid und Propylenoxid in einem Gewichtsverhältnis von 80/20 bis 20/80 umfaßt. Das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Polyalkylenglycols beträgt 5000 bis 50 000, vorzugsweise 10 000 bis 20 000. Wenn das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Polyalkylenglycols kleiner als 5000 ist, können keine Hohlräume gebildet werden, die sich kontinuierlich in Längsrichtung der Faser erstrecken, und es entsteht eine mikroporöse Faser mit sehr feinen, im wesentlichen sphärischen Hohlräumen. Wenn das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Polyalkylenglycols größer als 50 000 ist, erhält man eine Faser mit großen aderartigen Hohlräumen, und im Querschnitt der erhaltenen Faser sind nur wenige der benötigten Hohlräume vorhanden. Diese Faser kann durch eine äußere Kraft, wie einen Säulenstrom einer Flüssigkeit, nicht in feine Fasern aufgespalten werden. Insbesondere wenn das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Polyalkylenglycols 10 000 bis 20 000 beträgt, kann eine Faser erhalten werden, die feine und dünne Hohlräume aufweist, die sich kontinuierlich entlang der Längsrichtung der Faser erstrecken und im Querschnitt der Faser eine unbestimmte Querschnittsform haben.
Um die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung herzustellen, muß man die durch Auflösen des Polyalkylenglycols gebildete Spinnlösung wenigstens 4 Stunden altern lassen.
Der hier verwendete Ausdruck "Alternlassen" bedeutet, daß die durch Auflösen des Acrylpolymers und des Polyalkylenglycols gebildete Spinnlösung nicht heftig gerührt oder geschüttelt wird, sondern daß man die Spinnlösung zum Beispiel stehen läßt oder leicht bewegt, zum Beispiel langsam durch eine Rohrleitung führt.
Der Grund, warum eine synthetische Acrylfaser, die die oben genannten Hohlräume enthält, erhalten werden kann, indem man die Spinnlösung in der vorliegenden Erfindung auf diese Weise altern läßt, wurde nicht aufgeklärt, aber man kann davon ausgehen, daß der Grund wahrscheinlich der folgende ist. Wenn man die Spinnlösung wenigstens 4 Stunden lang altern läßt, tritt eine Kohäsion des Polyalkylenglycols auf, und wenn die Spinnlösung durch eine Rohrleitung tritt und aus einer Spinndüse in ein koagulierendes Medium gesponnen wird, wirkt die Scherkraft auf die Spinnlösung ein, und es werden feine Streifen aus dem Polyalkylenglycol gebildet. Wegen eines Unterschieds der Koagulationseigenschaften erfolgt dann eine Phasentrennung zwischen den beiden Polymeren, d.h. das Acrylpolymer koaguliert, und das Polyalkylenglycol koaguliert nicht, wodurch Hohlräume mit einer komplizierten Form, wie sie oben erwähnt ist, entstehen.
Vor dem Spinnen muß man die Spinnlösung also wenigstens 4 Stunden lang altern lassen.
In bezug auf die oben genannten Punkte sind das Verfahren und die Faser der vorliegenden Erfindung wesentlich verschieden von dem Verfahren und der Faser, die in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-89612 offenbart sind. Insbesondere wird bei dem Verfahren, das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 57-89612 offenbart ist, ein Polyalkylenoxid mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mehr als 100 000 verwendet. Wenn ein Polyalkylenoxid mit einem derart großen Molekulargewicht verwendet wird, wird das Polyalkylenoxid in Form von Kügelchen in der Spinnlösung dispergiert, wie es in der oben genannten Offenlegungsschrift gelehrt wird. Wenn diese Spinnlösung in ein koagulierendes Bad gesponnen wird, sind dementsprechend Kügelchen aus dem Polyalkylenoxid in der Faser vorhanden, und das Polyalkylenoxid wird in das koagulierende Bad, Wasserwaschbad oder Streckbad eluiert, und je nach dem Grad des Streckens bleiben sphärische Hohlräume oder in Längsrichtung der Faser gedehnte Hohlräume zurück.
In der vorliegenden Erfindung dagegen, da das verwendete Polyalkylenglycol nur ein geringes Molekulargewicht hat, etwa ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von 5000 bis 50 000, wird das Polyalkylenglycol unter Bildung einer homogenen Lösung in der Spinnlösung gelöst, und wenn man diese Lösung altern läßt, tritt eine Kohäsion des Polyalkylenglycols in der Spinnlösung auf. Durch wenigstens 4 Stunden Altemlassen der Spinnlösung werden durch die Kohäsion des Polyalkylenglycols feine Streifen gebildet. Wenn diese Spinnlösung in das Koagulationsbad extrudiert wird, tritt in der koagulierten Faser eine Phasentrennung in das Acrylpolymer und das streifenartige Polyalkylenglycol auf, und gleichzeitig werden in der koagulierten Faser durch die Elution des Polyalkylenglycols feine Hohlräume gebildet.
Die Zeit des Alterns beträgt wenigstens 4 Stunden, und die Obergrenze der Alterungszeit ist nicht entscheidend, beträgt jedoch vorzugsweise 6 bis 10 Stunden.
In der vorliegenden Erfindung beträgt die Menge des hinzugefügten Polyalkylenglycols 5 bis 20%, vorzugsweise 10 bis 15%, bezogen auf das Acrylpolymer. Wenn die Menge des hinzugefügten Polyalkylenglycols kleiner als 5% ist, ist die Zahl der im Querschnitt der Faser vorhandenen Hohlräume gering, und es kann keine Faser mit vielen Hohlräumen, zum Beispiel wenigstens 100 Hohlräumen, erhalten werden. Wenn die Menge des hinzugefügten Polyalkylenglycols größer als 20% ist, nimmt die Zahl der Öffnungen zu, aber die Zahl der Öffnungen ist dann zu groß, und die Faser wird bei der Herstellung aufgespalten, oder das Spinnen kann nicht stabil durchgeführt werden. Wenn die Menge des hinzugefügten Polyalkylenglycols 10 bis 15% beträgt, erhält man die beste Ausgewogenheit zwischen der Zahl der Öffnungen und der Spinnstabilität.
In der obigen Beschreibung wird das Polyalkylenglycol nach der Herstellung der Spinnlösung hinzugefügt, aber das Mischverfahren ist nicht auf diese Methode eingeschränkt, und die Spinnlösung kann auch nach einem Verfahren hergestellt werden, bei dem das Polyalkylenglycol mit dem Acrylpolymer gemischt wird und das Gemisch in einem Lösungsmittel für das Polymer gelöst wird, oder nach einem Verfahren, bei dem das Polyalkylenglycol im voraus in einem Lösungsmittel für das Acrylpolymer gelöst wird und das Acrylpolymer dann in der Lösung gelöst wird.
Die Spinnlösung wird durch eine Spinndüse in ein koagulierendes Medium für die Spinnlösung extrudiert, und das Extrudat wird Wasserwasch-, Streck- und Trockenschritten unterzogen und nach Bedarf warm gehärtet.
Bei diesem Herstellungsverfahren wird das Polyalkylenglycol während der Schritte des Koagulierens, Waschens mit Wasser und Streckens aus der koagulierten Faser eluiert. Die sich an den Spinnschritt anschließenden Schritte, wie sie beim herkömmlichen Verfahren zur Herstellung synthetischer Acrylfasern durchgeführt werden, können direkt in die vorliegende Erfindung übernommen werden
Als Mittel zum Spinnen der Spinnlösung können nämlich in der vorliegenden Erfindung das Naßspinnverfahren, das das Extrudieren der Spinnlösung in eine verdünnte wäßrige Lösung eines Lösungsmittels umfaßt, das Trockenspinnverfahren, das das Extrudieren der Spinnlösung in ein Inertgas, wie Luft oder Stickstoffgas, umfaßt, sowie das Trocken/Naß-Spinnverfahren, das das Extrudieren der Spinnlösung in das oben genannte Inertgas und dann das Einführen des Extrudats in eine verdünnte wäßrige Lösung eines Lösungsmittels umfaßt, angenommen werden. Die durch das Spinnen erhaltene koagulierte Faser wird mit Wasser gewaschen und dann gestreckt, mit Wasser gewaschen und gleichzeitig gestreckt oder gestreckt und dann mit Wasser gewaschen, wodurch das Lösungsmittel entfernt wird.
Das Strecken wird bei 50 bis 150ºC mit einem ungefähren Streckverhältnis von mehr als eins bis weniger als etwa zwanzig in Wasser, einer lösungsmittelhaltigen wäßrigen Lösung oder Dampf durchgeführt. Dieses Strecken kann in einem einzigen Schritt oder in mehreren Schritten erfolgen. Außerdem können mehrere Streckmedien in Kombination verwendet werden. Die gestreckte Faser wird getrocknet, und die getrocknete Faser wird, falls gewünscht, einem zweiten Strecken oder einer Hitzebehandlung unterzogen, wodurch die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann.
Nun wird der Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Der hier verwendete Ausdruck "Gegenstand aus Acrylfaser" bedeutet einen breiartigen faserigen Gegenstand, der aus der oben genannten synthetischen Acrylfaser hergestellt wird. Insbesondere ist der Gegenstand aus Acrylfaser der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß er als Schaft eine synthetische Acrylfaser aufweist, die in ihrem Querschnitt eine Vielzahl von Öffnungen mit einer unbestimmten Form und einer Größe von 0,1 bis 1,6 µm aufweist, wobei jede Öffnung im Innern der Faser einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum bildet, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt und eine Länge von wenigstens 60 µm besitzt, und die Oberfläche des Schafts eine Vielzahl feiner Fibrillen aufweist, die von dem Schaft abzweigen, und der Schaft teilweise in Längsrichtung aufgespalten und in mehrere Fasern aufgetrennt ist.
Der Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser der vorliegenden Erfindung kann leicht hergestellt werden, indem man auf die oben erwähnte synthetische Acrylfaser eine äußere Kraft ausübt, indem man die synthetische Acrylfaser zum Beispiel mit einem Scheibenaufschläger aufschlägt, der üblicherweise in der Papierherstellungsindustrie verwendet wird, oder indem man die synthetische Acrylfaser mit einem Hochdruckwassersäulenstrom stanzt, wie er beim Herstellungsverfahren für ungewebte Textilstoffe verwendet wird. Bei diesem Schritt können die Menge der erzeugten Fibrillen, die Feinheit der Fibrillen und die Häufigkeit der Aufspaltung des Schafts eingestellt werden, indem man die Bedingungen für die auf die Faser ausgeübte äußere Kraft geeignet wählt.
Figur 14 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme (100fache Vergrößerung) des faserigen Gegenstands, der durch Aufschlagen der in Figur 2 gezeigten Faser erhalten wurde. Wie man aus Figur 14 erkennt, werden auf der Oberfläche der Faser eine Vielzahl feiner Fibrillen gebildet, die von der Faser abzweigen, und man erkennt, daß die synthetische Acrylfaser, die den Schaft bildet, partiell in eine Vielzahl feinerer Fasern aufgespalten ist.
Die von der synthetischen Acrylfaser oder dem Schaft abzweigenden feinen Fibrillen können wie die synthetische Acrylfaser oder der Schaft viele Hohlräume aufweisen, die sich entlang der Längsachse der Faser erstrecken, oder die feinen Fibrillen können auch keine solchen Hohlräume haben.
Die synthetische Acrylfaser ist an einer wahlfreien Position in Längsrichtung der Faser in eine Vielzahl feinerer Fasern aufgespalten, aber diese Position der Aufspaltung ist nicht entscheidend.
Die Tatsache, daß die Schaftfaser an einer wahlfreien Position in eine Vielzahl feiner Fasern aufgespalten ist, bedeutet, daß die Faser eine verbesserte Weichheit und Biegsamkeit besitzt, und aus dieser Faser kann ein Papier oder flächiges Produkt oder ungewebter Textilstoff mit hoher Elastizität und Bauschigkeit erhalten werden.
Nun wird das Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Dieses Reibungsmaterial wird aus der oben erwähnten synthetischen Acrylfaser hergestellt.
Insbesondere ist das Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß es einen Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser, ein Harz und einen Füllstoff umfaßt, wobei der Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser als Schaft eine Acrylfaser aufweist, die in ihrem Querschnitt eine Vielzahl von Öffnungen mit einer unbestimmten Form und einer Größe von 0,1 bis 1,6 µm aufweist, wobei jede Öffnung im Innern der Faser einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum bildet, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt und eine Länge von wenigstens 60 µm besitzt, und die Oberfläche des Schafts eine Vielzahl feiner Fibrillen aufweist, die von dem Schaft abzweigen, und der Schaft teilweise in Längsrichtung aufgespalten und in mehrere Fasern aufgetrennt ist.
Wenn man die Faser mit der oben genannten spezifischen Form als Substrat für das Reibungsmaterial verwendet, werden der Reibungskoeffizient und die Abriebfestigkeit bei dem erhaltenen Reibungsmaterial stark verbessert.
Der Grund für diese Verbesserung wurde nicht aufgeklärt, aber man kann davon ausgehen, daß der Grund wahrscheinlich der folgende ist. Da die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung im Schaft viele aderartige Hohlräume aufweist, können das Harz und der Füllstoff in diese Hohlräume eindringen, und da auf der Oberfläche des Schafts viele feine Fibrillen vorhanden sind, dringen das Harz und der Füllstoff in Zwischenräume ein, die durch den Schaft und die Fibrillen definiert sind. Entsprechend sind der faserige Gegenstand, das Harz und der Füllstoff sehr eng als ein Ganzes integriert.
Der Querschnitt und der Längsschnitt jeder der feinen Fasern, die am aufgespaltenen Teil der Acrylfaser oder des Schaftes gebildet sind, hängen von dem Grad der Aufspaltung ab, aber wenn der Grad der Aufspaltung gering ist, zum Beispiel wenn die Schaftfaser in 2 bis 10 feine Fasern aufgespalten ist, sind diese Schnitte im wesentlichen dieselben wie die der ursprünglichen Faser (des Schaftes), außer daß die Zahl der Öffnungen im Querschnitt natürlich kleiner sein sollte als die Zahl der Öffnungen im Querschnitt der ursprünglichen Faser (des Schaftes). Wenn der Grad der Aufspaltung sehr hoch ist, findet man in den Querschnitten Von einigen der durch die Aufspaltung gebildeten feinen Fasern keine Öffnungen.
In den Querschnitten der von dem Schaft abzweigenden feinen Fibrillen befinden sich Öffnungen oder keine Öffnungen, und die An- oder Abwesenheit der Öffnungen hängt vom Grad der Verzweigung ab. Wenn die Fibrillen relativ dick sind, findet man Öffnungen, und wenn die Fibrillen sehr fein sind, findet man keine Öffnungen. Im allgemeinen treten solche feinen und dicken Fibrillen gemischt auf.
Der Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser der vorliegenden Erfindung ist in dem Reibungsmaterial vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 70%, noch mehr bevorzugt von 20 bis 60%, enthalten. Wenn der Gehalt der Faser kleiner als 10% ist, wird keine wesentliche Verbesserung des Reibungskoeffizienten oder der Abriebfestigkeit erhalten, auch wenn die Faser als Grundmaterial verwendet wird. Wenn der Fasergehalt 70% überschreitet, eignet sich das resultierende Produkt nicht als Reibungsmaterial, da die Menge der Faser zu groß ist. Vorzugsweise beträgt der Gehalt des Harzes 20 bis 70%, und der Gehalt des Füllstoffs beträgt 10 bis 50%.
In der vorliegenden Erfindung kann ein Harz verwendet werden, das üblicherweise für Reibungsmaterialien verwendet wird. Zum Beispiel können Phenolharze, Epoxyharze, Polyimidharze, Melaminharze, natürliche Kautschuke und synthetische Kautschuke verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung wird der Füllstoff verwendet, um die Eigenschaften des Reibungsmaterials zu verbessern. Im allgemeinen kann wenigstens ein Stoff als Füllstoff verwendet werden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Metallpulvern, Siliciumoxid, Ton, Wollastonit, Glimmer, Talk, Diatomeenerde, Calciumcarbonat, Cashewstaub und Graphit besteht.
Um die Eigenschaften des Reibungsmaterials zu verbessern, kann noch ein weiteres faseriges Material eingebaut werden, wie eine Glasfaser, Metallfaser, Kohlenstoffaser, flammenhemmende Faser, Polyvinylalkoholfaser, Polyamidfaser, Polyesterfaser, Acrylfaser oder Baumwolle.
Bei dem Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser der vorliegenden Erfindung weist die den Schaft bildende Acrylfaser viele aderartige oder strohhalmartige Hohlräume auf. Entsprechend können das Harz und der Füllstoffleicht in diese Hohlräume eindringen. Außerdem dringen das Harz und der Füllstoff in Zwischenräume ein, die durch das partielle Aufspalten des Schaftes und die von dem Schaft abzweigenden feinen Fibrillen gebildet werden. Entsprechend sind der faserige Gegenstand, das Harz und der Füllstoff sehr eng und innig vermischt und miteinander integriert. Daher hat das Reibungsmaterial einen hohen Reibungskoeffizienten und eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit.
Der für das Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung verwendete Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser kann hergestellt werden, indem man die oben erwähnte synthetische Acrylfaser mit einem Scheibenaufschläger auf schlägt, der üblicherweise in der Papierherstellungsindustrie verwendet wird. In diesem Schritt werden der Grad der Bildung feiner Fibrillen und der Grad der Aufspaltung des Schaftes je nach den für das Reibungsmaterial erforderlichen Eigenschaften geändert. Im allgemeinen sind diese Grade vorzugsweise derart, daß der Mahlgrad, der in der Papierherstellungsindustrie verwendet wird, um den Aufschlaggrad der Pulpe anzuzeigen, etwa 600 bis etwa 200 ml beträgt, aber der Mahlgrad ist nicht auf diesen Bereich beschränkt und kann auch größer als 600 ml oder kleiner als 200 ml sein. Der Mahlgrad kann je nach den für das Reibungsmaterial erforderlichen Eigenschaften geeignet eingestellt werden. Man beachte, daß der Mahlgrad, auf den hier Bezug genommen wird, der Wert ist, der nach dem Verfahren von JIS P8121-1976 bestimmt wird.
Der Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser wird mit dem Harz und Füllstoff gemischt und zu einem Reibungsmaterial geformt.
Das Reibungsmaterial kann nach einem Verfahren, bei dem ein Substrat, das den Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser und einen Füllstoff umfaßt, zum Beispiel ein papierartiges flächiges Produkt oder ein ungewebter Textilstoff, hergestellt wird und das Substrat mit dem Harz imprägniert, geformt und dann gehärtet wird, einem Verfahren, bei dem der Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser mit dem Harz und Füllstoff gemischt und das Gemisch geformt und dann gehärtet wird, oder nach anderen bekannten Verfahren hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben, die den Umfang der Erfindung keineswegs einschränken.

Synthetische Acrylfaser und Verfahren zu ihrer Herstellung

Beispiel 1

Ein Polymer, das 95,0% Acrylnitril, 4,5% Methylacrylat und 0,5% Natriummethallylsulfonat umfaßte, und ein Polyethylenoxid/Polypropylenoxid/Polyethylenoxid-Blockpolyether (Zahlenmittel des Molekulargewichts = 10 000, Verhältnis Polyethylenoxid/Polypropylenoxid 70/30) wurden in Dimethylformamid gelöst, was eine Spinnlösung ergab, die 23% des Acrylpolymers und 2,3% des Blockpolyethers enthielt. Man ließ die Spinnlösung 6 Stunden lang stehen und extrudierte sie dann durch eine Spinndüse in ein auf 35ºC gehaltenes koagulierendes Bad mit einer Dimethylformamidkonzentration von 75%. Das Extrudat wurde mit Wasser gewaschen, mit einem Streckverhältnis von 12 in siedendem Wasser gestreckt und in heißer Luft bei 80ºC getrocknet, wobei man eine Faser mit einer Feinheit von 1,66 dtex (1,5 d) erhielt.
Eine elektronenmikroskopische Aufnahme (4000fache Vergrößerung) des Längsschnitts der in Längsrichtung aufgeschnittenen Faser (im folgenden als "Längsschnitt" bezeichnet) ist in Figur 1 gezeigt, und eine ähnliche Aufnahme des Querschnitts der Faser ist in Figur 2 gezeigt.
In Figur 1 sind schwarze Teile Zwischenräume, und man erkennt, daß diese Zwischenräume kontinuierliche streifenartige Zwischenräume sind, die sich im wesentlichen parallel zueinander entlang der Längsachse der Faser erstrecken. Als der Längsschnitt der Faser untersucht wurde, wurde gefunden, daß diese Zwischenräume eine Länge von wenigstens 60 µm hatten.
In Figur 2 sind schwarze Teile Öffnungen, und man erkennt, daß diese Öffnungen im wesentlichen kreisförmige Öffnungen, flache Öffnungen, Öffnungen mit der Form wiederholter Biegungen mit spitzen Rändern, Öffnungen mit großem Querschnitt, Öffnungen mit kleinem Querschnitt umfassen und daß verschiedene Öffnungen mit unbestimmter Form unregelmäßig miteinander vermischt sind.
Das Hohlraumverhältnis der erhaltenen Faser betrug 35%.
Die Faser wurde 1omal mit einem Hochdruckwasserstrahl behandelt, der unter einem Druck von 50 kg/cm² aus einer Düse mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,15 mm ausgestrahlt wurde, wodurch die Faser in feine Fasern aufgespalten wurde, wobei ein Verband von Fasern mit hoher Feinheit entstand.
Figur 3 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme (200fache Vergrößerung) des erhaltenen Verbands. Wie man aus Figur 3 erkennt, kann die Faser der vorliegenden Erfindung leicht durch eine äußere Kraft aufgespalten werden, so daß ein Verband aus feineren kontinuierlichen Fasern entsteht.

Beispiel 2

Das gleiche Acrylpolymer, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, und ein Polyether in Form eines statistischen Ethylenoxid/Propylenoxid-Copolyners (Zahlenmittel des Molekulargewichts = 10 000, Verhältnis Ethylenoxid/Propylenoxid = 75/25) wurden in einer 67%igen wäßrigen Lösung von Salpetersäure gelöst, was eine Spinnlösung mit einer Konzentration des Acrylpolymers von 16% und einer Konzentration des Polyethers in Form des statistischen copolymers von 2,4% ergab. Man ließ die Spinnlösung 4 Stunden lang stehen und extrudierte sie dann durch eine Spinndüse in eine auf 0ºC gehaltene 37%ige wäßrige Lösung von Salpetersäure. Das Extrudat wurde mit Wasser gewaschen, mit einem Streckverhältnis von 10 gestreckt und mit heißer Luft von 70ºC getrocknet, wobei man eine Faser mit einer Feinheit von 3,88 dtex (3,5 d) erhielt. Das Hohlraumverhältnis der Faser betrug 40%.
Eine elektronenmikroskopische Aufnahme (1000fache Vergrößerung) des Querschnitts der erhaltenen Faser ist in Figur 4 gezeigt. Als der Längsschnitt der Faser untersucht wurde, fand man kontinuierliche streifenartige Hohlräume mit einer Länge von wenigstens 60 µm.
Die erhaltene Faser wurde 5mal in derselben Weise wie in Beispiel 1 beschrieben mit einem Hochdruckwasserstrahl behandelt, wobei man einen Verband von fein aufgespaltenen Fasern erhielt. Eine elektronenmikroskopische Aufnahme (200fache Vergrößerung) des erhaltenen Verbands ist in Figur 5 gezeigt.
Zum Vergleich wurden die obigen Prozeduren in derselben Weise wiederholt, außer daß die Alterungszeit der Spinnlösung auf 3 Stunden geändert wurde. Der Querschnitt der erhaltenen Faser wies mehrere große und lange Hohlräume auf. Die Faser konnte durch einen Hochdruckwasserstrahl nicht aufgespalten werden.

Beispiel 3

Ein Acrylpolymer, das 97% Acrylnitril, 2,5% Methylacrylat und 0,5% Natriumallylsulfonat umfaßte, und ein Polyether in Form eines statistischen Ethylenoxid/Propylenoxid-Copolymers mit einem Ethylenoxid/Propylenoxid-copolymerisationsverhältnis von 75/25 und einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von 3000, 5000, 30 000, 50 000 oder 60 000 wurden bei 0ºC in einer 67%igen wäßrigen Lösung von Salpetersäure gelöst, was eine Spinnlösung ergab. In der Spinnlösung betrug die Konzentration des Acrylpolymers 18%, und die Konzentration des Polyalkylenglycols betrug 1,8%.
Die Spinnlösung wurde im Verlaufe von 5 Stunden langsam in eine Rohrleitung eingespeist und dann durch eine Spinndüse in eine 38%ige wäßrige Lösung von Salpetersäure von 0ºC extrudiert. Das Extrudat wurde mit Wasser gewaschen, mit einem Streckverhältnis von 8 in siedendem Wasser gestreckt und in heißer Luft bei 70ºC getrocknet, wobei man eine Faser erhielt.
Elektronenmikroskopische Aufnahmen der Querschnitte der erhaltenen Fasern sind in Figur 6 bis 10 gezeigt, und die erhaltenen Fasern sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. In Tabelle 1 ist die Menge des hinzugefügten Polyalkylenglycols in % ausgedrückt, bezogen auf das Acrylpolymer. Als die in Figur 7, 8 und 9 gezeigten Längsschnitte der Fasern untersucht wurden, fand man kontinuierliche streifenartige Hohlräume mit einer Länge von wenigstens 60 µm.
Diese Fasern wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 beschrieben mit einem Hochdruckwasserstrahl behandelt. Die Fasern der vorliegenden Erfindung wurden in feinere Fasern aufgespalten, aber bei den Vergleichsfasern trat nur wenig Aufspaltung auf. Tabelle 1
* Vergleichsbeispiel
** bezogen auf das Gewicht des Polymers

Beispiel 4

Ein Acrylpolymer, das 96% Acrylnitril, 3,5% Vinylacetat und 0,5% Natriumstyrolsulfonat umfaßte, und ein Polyalkylenglycol in Form eines statistischen Ethylenoxid/Propylenoxid-Copolymers (Verhältnis Ethylenoxid/Propylenoxid = 75/25, Zahlenmittel des Molekular- gewichts = 20 000) wurden bei 0ºC in einer 67%igen wäßrigen Lösung von Salpetersäure gelöst, was eine Spinnlösung ergab. In der Spinnlösung betrug die Konzentration des Acrylpolymers 16%, und die Konzentration des Polyalkylenglycols betrug 3, 5, 20 oder 24%. Man ließ die erhaltene Spinnlösung 5 Stunden lang stehen und extrudierte sie dann durch eine Spinndüse in eine 38%ige wäßrige Lösung von Salpetersäure von 0ºC. Das Extrudat wurde mit Wasser gewaschen, mit einem Streckverhältnis von 10 in siedendem Wasser gestreckt und in heißer Luft bei 70ºC getrocknet, wobei man eine Faser erhielt.
Wenn die Polyalkylenglycolkonzentration 24% betrug, kam es während der Spinnoperation zum Reißen des Garnes, und es war schwierig, eine stabile Spinnoperation durchzuführen.
Elektronenmikroskopische Aufnahmen der Querschnitte der erhaltenen Fasern sind in Figur 11 bis 13 gezeigt. Die erhaltenen Fasern sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Als die in Figur 12 und 13 gezeigten Längsschnitte der Fasern untersucht wurden, fand man kontinuierliche streifenartige Hohlräume mit einer Länge von wenigstens 60 µm.
Dann wurden die Fasern in derselben Weise wie in Beispiel 1 beschrieben mit einem Hochdruckwasserstrahl behandelt. Die Fasern der vorliegenden Erfindung wurden in feinere Fasern aufgespalten, aber wenn die Polyalkylenglycolkonzentration 3% betrug, war die Zahl der Hohlräume gering, und die Faser konnte nicht in feinere Fasern aufgespalten werden. Tabelle 2
* Vergleichsbeispiel
** bezogen auf das Gewicht des Polymers

Beispiel 5

Ein Polymer, das 95,0% Acrylnitril, 4,5% Methylacrylat und 0,5% Natriummethallylsulfonat umfaßte, und ein Polyether in Form eines Polyethylenoxid/Polypropylenoxid/Polyethylenoxid-Blockcopolymers (Zahlenmittel des Molekulargewichts 10 000, Verhältnis Polyethylenoxid/Polypropylenoxid/Polyyethylenoxid-Blockcopolymers gelöst, was eine Spinnlösung mit einer Konzentration des Acrylpolymers von 23% und einer Konzentration des Polyethers in Form des Blockcopolymers von 2,3% ergab.
Man ließ die Spinnlösung 4 Stunden lang stehen und extrudierte sie dann durch eine Spinndüse in ein auf 24ºC gehaltenes koagulierendes Bad mit einer Dimethylformamidkonzentration von 76%. Die koagulierte Faser wurde mit Wasser gewaschen, mit einem Streckverhältnis von 9 in siedendem Wasser gestreckt und in heißer Luft bei 80ºC getrocknet, wobei man eine Faser mit einer Feinheit von 1,66 dtex (1,5 denier) erhielt.
Figur 15 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme (5000fache Vergrößerung) des Längsschnitts der entlang der Längachse aufgeschnittenen Faser, und Figur 16 zeigt eine ähnliche Aufnahme (3ooofache Vergrößerung) des Querschnitts der Faser.
In Figur 15 sind die beiden Aufnahmen an den entsprechenden Linien mit abwechselnden langen und kurzen Strichen (a-a) zusammengefügt. In Figur 15 sind die schwarzen Teile Zwischenräume, und man erkennt, daß diese Zwischenräume kontinuierliche streifenartige Zwischenräume sind, die sich im wesentlichen parallel zueinander entlang der Längsachse der Faser erstrecken. Diese Zwischenräume hatten eine Länge von wenigstens 60 µm.
In Figur 16 sind schwarze Teile Öffnungen, und man erkennt, daß diese Öffnungen im wesentlichen kreisförmige Öffnungen, flache Öffnungen, Öffnungen mit der Form wiederholter Biegungen mit spitzen Rändern, Öffnungen mit großem Querschnitt, Öffnungen mit kleinem Querschnitt umfassen und daß verschiedene Öffnungen mit unbestimmter Form unregelmäßig miteinander vermischt sind.
Das Hohlraumverhältnis der erhaltenen Faser betrug 37%.
Dann wurde die Faser 10mal mit einem Hochdruckwasserstrahl behandelt, der unter einem Druck von 50 kg/cm² aus einer Düse mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,15 mm ausgestrahlt wurde, wodurch die Faser in feinere Fasern aufgespalten wurde, wobei ein Verband von Fasern mit hoher Feinheit entstand.
Figur 17 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme (100fache Vergrößerung) des erhaltenen Verbands von Fasern mit hoher Feinheit.

Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser

Beispiel 6

Die in Beispiel 1 hergestellte synthetische Acrylfaser wurde auf eine Länge von 15 mm geschnitten, und 10 Teile der geschnittenen Faser wurden in 90 Teilen Wasser dispergiert. Die Faserdispersion wurde mit einem Scheibenaufschläger für die Papierherstellung mit einer auf 0,1 mm eingestellten Scheibenöffnung behandelt und so aufgeschlagen, daß der Mahlgrad 450 ml betrug.
Da die Faser der vorliegenden Erfindung Hohlräume aufwies, ließ sich die Faser im Schritt des Aufschlagens leicht aufspalten, und es wurden sehr leicht Fibrillen gebildet.
Figur 14 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme (100fache Vergrößerung) des durch das Aufschlagen gebildeten faserigen Gegenstands. Auf dieser Aufnahme kann man erkennen, daß auf der Oberfläche des Schaftes viele feine Fibrillen gebildet wurden, die von der dicken Faser abzweigten (die ursprüngliche synthetische Acrylfaser als Schaft), und daß die Schaftfaser zum Teil in Längsrichtung aufgespalten und in die Fasern aufgetrennt war.
Die wäßrige Dispersion&sub1; die die aufgeschlagene Faser enthielt, wurde durch eine gewöhnliche Papierherstellungsmaschine- gegeben und dann mit heißer Luft von 85ºC getrocknet, wobei man ein blattartiges Produkt mit einem Basisgewicht von 45 g/m² erhielt. Das erhaltene blattartige Produkt war ein biegsamer und elastischer papierartiger ungewebter Textilstoff, der sich weich anfühlte.
Als das blattartige Produkt nach der Papierherstellungsoperation getrocknet wurde, wurde in Längs- oder Querrichtung des blattartigen Produkts keine wesentliche Schrumpfung beobachtet, und das papierartige flächige Produkt entsprach einer sehr gleichmäßigen Ebene.

Reibungsmaterial

Beispiel 7

In einem Henschel -Mischer wurden 50% des in Beispiel 6 hergestellten Gegenstands aus synthetischer Acrylfaser, 25% eines Phenolharzes und 25% Calciumcarbonat als Füllstoff ausreichend miteinander gemischt, und das Gemisch wurde in einer Form bei 150ºC 10 Minuten unter 5 kg/cm² formgepreßt, wobei man einen Belag einer Scheibenbremse für ein Automobil erhielt.
Als dieser Belag dem Reibungstest mit konstanter Geschwindigkeit gemäß dem Verfahren von JIS D-4411 unterzogen wurde, wurde gefunden, daß der Reibungskoeffizient bei 250ºC 0,45 betrug und der Abriebverlust 1,48 x 10&supmin;&sup7; cm³/kg m betrug.

Beispiel 8

Die Vorgehensweise von Beispiel 7 wurde in derselben Weise wiederholt, außer daß die Faser in Stücke von 5 mm geschnitten wurde und die Faserkonzentration in der Dispersion auf 1% geändert wurde, wodurch ein Bremsbelag hergestellt wurde.
Als der Bremsbelag in derselben Weise getestet wurde wie in Beispiel 7 beschrieben, wurde gefunden, daß der Reibungskoeffizient 0,45 betrug und der Abriebverlust 1,47 x 10&supmin;&sup7; cm³/kg m betrug. Reibungsmaterialien mit denselben guten Eigenschaften wurden mit guter Reproduzierbarkeit erhalten.

Beispiel 9

Ein Bremsbelag wurde hergestellt, indem man ein Gemisch das 40% der in Beispiel 6 hergestellten synthetischen Acrylfaser, 15% einer Glasfaser, 22% Diatomeenerde und 23% eines Phenolharzes umfaßte, in derselben Weise behandelte wie in Beispiel 7 beschrieben.
Als der erhaltene Bremsbelag dem Abriebtest unterzogen wurde, wurde gefunden, daß der Reibungskoeffizient 0,45 betrug und der Abriebverlust 1,46 x 10&supmin;&sup7; cm³/kg m betrug.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, können gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Wirkungen erhalten werden.
1. Die synthetische Acrylfaser der vorliegenden Erfindung kann durch eine äußere Kraft, wie einen Hochdruckwasserstrahl, leicht in Fasern aufgespalten werden, die in Längsrichtung kontinuierlich sind.
Weiterhin kann nach dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung durch Spinnen einer Spinnlösung, die ein spezifisches Polyalkylenglycol enthält, nach dem Altern leicht eine Faser erhalten werden, die viele Hohlräume enthält, die im Querschnitt der Faser eine unbestimmte Form aufweisen und in Längsrichtung der Faser kontinuierlich sind.
2. Der Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser der vorliegenden Erfindung eignet sich für die Herstellung eines ungewebten Textil- oder papierartigen Produkts mit hoher Elastizität und Bauschigkeit, und der Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser der vorliegenden Erfindung hat Eigenschaften durch die er sich als Harzverstärkungsmaterial und dergleichen eignet.
3. Da das Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des faserigen Gegenstands gebildet wird, der Fasern mit spezieller Form und Struktur enthält, kann ein gleichmäßiges Mischen und eine enge und integrale Verbindung erreicht werden, und daher sind der Reibungskoeffizient und der Abriebverlust im Reibungsmaterial der vorliegenden Erfindung stark verbessert.

Claims

1. Synthetische Acrylfaser, die durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann und in ihrem Querschnitt eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Acrylfaser aus einem Homopolymer von Acrylnitril oder einem Copolymer, das wenigstens 60 Gew.-% Acrylnitril und bis zu 40 Gew.-% eines mit Acrylnitril copolymerisierbaren ethylenischen Monomers umfaßt, oder einem Gemisch von zwei oder mehr solcher Polymere besteht, daß die Öffnungen eine unbestimmte Form und eine Größe von 0,1 bis 1,6 µm haben, daß die Zahl der Öffnungen im Querschnitt der Faser wenigstens 100 beträgt, daß jede Öffnung im Innern der Faser einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum bildet, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt und eine Länge von wenigstens 60 µm besitzt, und daß das Hohlraumverhältnis der Fasern im Bereich von 35% bis 80% liegt.

2. Synthetische Acrylfaser gemäß Anspruch 1, wobei die Hohlräume in ihrem Querschnitt einen mittleren Durchmesser, der als Durchmesser des den Hohlraum umschreibenden Kreises ausgedrückt ist, von wenigstens 0,1 µm haben.

3. Verfahren zur Herstellung einer synthetischen Acrylfaser, die durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann, dadurch gekennzeichnet, däß das Verfahren (a) das Auflösen eines Acrylpolymers, das wenigstens 60 Gew.-% einer Acrylnitrileinheit und 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Acrylpolymers, eines Polyalkylenglycols mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von 5000 bis 50 000 umfaßt, in einem geeigneten Lösungsmittel, (b) das Alternlassen der gebildeten Spinnlösung während wenigstens vier Stunden und (c) das Extrudieren der Spinnlösung durch eine Spinndüse in ein koagulierendes Medium umfaßt.

4. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Polyalkylenglycol ein statistisches Copolymer ist, das Ethylenoxid und Propylenoxid in einem Gewichtsverhältnis von 80/20 bis 20/80 umfaßt.

5. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei man die Spinnlösung altern läßt, indem man die Lösung 6 bis 10 Stunden lang stehen läßt oder leicht bewegt.

6. Herstellungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Menge des Polyalkylenglycols 10 bis 15 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Faser.

7. Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 3, wobei ein Extrudat in Form einer in dem koagulierenden Medium koagulierten Faser mit Wasser gewaschen und dann gestreckt, mit Wasser gewaschen und gleichzeitig gestreckt oder gestreckt und dann mit Wasser gewaschen wird und wobei das Strecken bei einer Temperatur von 50 bis 150ºC in Wasser, einer lösungsmittelhaltigen wäßrigen Lösung oder Dampf durchgeführt wird.

8. Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser, der als Schaft eine synthetische Acrylfaser aufweist, die durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann, wobei die synthetische Acrylfaser in ihrem Querschnitt eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetische Acrylfaser aus einem Homopolymer von Acrylnitril oder einem Copolymer, das wenigstens 60 Gew.-% Acrylnitril und bis zu 40 Gew.-% eines mit Acrylnitril copolymerisierbaren ethylenischen Monomers umfaßt, oder einem Gemisch von zwei oder mehr solcher Polymere besteht, daß die Öffnungen eine unbestimmte Form und eine Größe von 0,1 bis 1,6 µm haben, daß die Zahl der Öffnungen im Querschnitt der Faser wenigstens 100 beträgt, daß jede Öffnung im Innern der Faser einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum bildet, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt und eine Länge von wenigstens 60 µm besitzt, daß das Hohlraumverhältnis der Fasern im Bereich von 35% bis 80% liegt und daß die Oberfläche des Schafts eine Vielzahl feiner Fibrillen aufweist, die von dem Schaft abzweigen, und der Schaft teilweise in Längsrichtung aufgespalten und in mehrere Fasern aufgetrennt ist.

9. Reibungsmaterial, das einen Gegenstand aus synthetischer Acrylfaser, ein Harz und einen Füllstoff umfaßt, wobei der Gegenstand aus synthetischer Faser als Schaft eine synthetische Acrylfaser aufweist, die durch eine äußere Kraft leicht in feinere Fasern aufgespalten werden kann, und die synthetische Acrylfaser in ihrem Querschnitt eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetische Acrylfaser aus einem Homopolymer von Acrylnitril oder einem Copolymer, das wenigstens 60 Gew.-% Acrylnitril und bis zu 40 Gew.-% eines mit Acrylnitril copolymerisierbaren ethylenischen Monomers umfaßt, oder einem Gemisch von zwei oder mehr solcher Polymere besteht, daß die Öffnungen eine unbestimmte Form und eine Größe von 0,1 bis 1,6 µm haben, daß die Zahl der Öffnungen im Querschnitt der Faser wenigstens 100 beträgt, daß jede Öffnung im Innern der Faser einen aderartigen oder strohhalmartigen Hohlraum bildet, der sich im wesentlichen parallel zur Längsachse der Faser erstreckt und eine Länge von wenigstens 60 µm besitzt, daß das Hohlraumverhältnis der Fasern im Bereich von 35% bis 80% liegt und daß die Oberfläche des Schafts eine Vielzahl feiner Fibrillen aufweist, die von dem Schaft abzweigen, und der Schaft teilweise in Längsrichtung aufgespalten und in mehrere Fasern aufgetrennt ist.

10. Reibungsmaterial gemäß Anspruch 9, das 10 bis 70 Gew.-% des Gegenstands aus synthetischer Acrylfaser, 20 bis 70 Gew.-% des Harzes und 10 bis 50 Gew.-% des Füllstoffs umfaßt.