JPH04272226A - 高強力・高弾性率複合繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐疲労性、染色性に優
れた高強力・高弾性率繊維に関するものであり、本発明
繊維は一般産業資材用途のみならず、スポーツ、防護衣
料等の分野においても広く用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融液晶ポリマーの研究開発が盛
んとなり、これらのポリマーを溶融紡糸した高強力・高
弾性率繊維が知られている（例えば、特開昭６１−１７
４４０８号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の繊維化方法、す
なわち溶融液晶からの紡糸によると従来の汎用合成繊維
に比べ著しく高い強度と弾性率を有する有機繊維を得る
ことができるが、これらの繊維は何ずれもポリマー分子
鎖が繊維軸方向に高度に配向している。一方、繊維軸に
対し直角の断面方向では、弱い分子間力が働くだけで力
学的に弱い繊維構造となる。このように、繊維の強度、
弾性率を上げるため、ポリマー分子鎖の配向度を極度に
向上させると、繊維軸方向にフィブリルが発達する。フ
ィブリル間の相互作用は小さいため、繰返し屈曲変形や
摩擦の負荷がかかるようなところで使用される用途分野
においては耐久性の点で問題となる。

【０００４】一方、屈曲性高分子からなるナイロン繊維
、ポリエステル繊維は比較的屈曲変形、摩擦に対して優
れた耐久性を示すが、引張強度、弾性率等の力学的性質
が液晶繊維等と比較すると著しく低い。これらの問題を
解決するため、例えば鞘成分をポリエステル、ナイロン
等の屈曲性高分子とし、芯成分を液晶ポリマーとする複
合繊維も考えられるが、芯成分の液晶性ポリマーは延伸
が実質的に出来ないため、鞘成分ポリマーは、未配向で
実質的に結晶化していない状態であり、本来の性能が発
揮されず、簡単な摩耗で芯鞘の剥離をおこし実用に耐え
ないものであった。

【０００５】本発明者らは、延伸することなしに屈曲性
高分子からなる鞘成分を配向結晶化することについて鋭
意研究を進めて本発明を見出したものである。以下、本
発明をさらに詳細にかつ具体的に説明する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は芯成分が光学的
異方性溶融相を形成し得る芳香族ポリエステル、鞘成分
が配向結晶化している屈曲性高分子からなる高強力・高
弾性率複合繊維である。

【０００７】本発明に言う異方性溶融相を形成し得る芳
香族ポリエステルとは、芳香族ジオール、芳香族ジカル
ボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸等より得られるポ
リマーであり、溶融相で光学的異方性（液晶性）を示す
ものである。このような特性はホットステージ上の試料
を窒素雰囲気下で昇温しその透過光を観察することによ
り容易に認定することができる。本発明に用いられる異
方性溶融成分Ａは下記に示す反復成分の組合せからなる
ものである。

【０００８】

【化１】

【０００９】また、上記反復成分に１０モル％以下の他
の成分を共重合していてもよい。特に好ましくは、次に
示す（Ｅ），（Ｆ）の反復構成単位から成る部分が６５
重量％以上であるポリマーであり、特に（Ｆ）の成分が
５〜４５％である芳香族ポリエステルが好ましい。

【００１０】

【化２】

【００１１】Ａ成分中には、その強力が実質的に低下し
ない範囲で他のポリマーあるいは添加剤等を含んでいて
も良い。本発明に言う屈曲性高分子とは、ポリオレフィ
ン、ポリアミド、ポリエステル、ポリアリレート、ポリ
カーボネイト、ボリフェニレンサイファイド、ポリエス
テルエーテルケトン等の繊維形成能を有するポリマーで
ある。好ましい鞘成分としては、芯成分の紡糸温度で、
分解等がおこらず複合紡糸が可能であるポリマーであり
、芯成分として、［Ｅ］と［Ｆ］の共重合体を用いた場
合、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレン
サルファイド、ポリエステルエーテルケトン等である。 これらの鞘成分のポリマーには通常使用される添加剤（
顔料、カーボン、熱安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、螢光
増白剤等）が含まれていてもよい。

【００１２】本発明に言う複合繊維の好ましい複合比率
は、芯成分の断面積をＡ、鞘成分の断面積をＢとすると
き、Ｂ／（Ａ＋Ｂ）＝０．０５〜０．６の範囲である。 面積比は、繊維横断面の顕微鏡写真から求めた芯、鞘部
の面積から求める。ここで面積比が０．０５未満では鞘
成分による被覆が十分でなく、一部芯が露出したり、摩
擦、摩耗により容易に鞘成分が剥れたりする場合があり
、逆に０．６を越えると芯成分の比率が減少し、結果と
して強度、弾性率が低下し本発明の主旨からはずれる場
合がある。

【００１３】本発明に言う、鞘成分ポリマーが“配向結
晶化している”とは、繊維を平行に並べ広角Ｘ線回折を
行ったとき、ハローあるいはリング状の回折パターンで
はなく、明らかに微結晶の配向を示す繊維図を与えるこ
とである。配向結晶性の著しく低い繊維の広角Ｘ線回折
像は、散漫な非晶性ハローを示し、配向結晶化の進行に
伴ない非晶性ハローが赤道方向に集中してくる。この様
な異方性の出現は、配向中間相と呼ばれる構造が形成さ
れ、それが発達し配向結晶化構造に移ると考えられる。 本発明に言う配向結晶化をより明確にするには、結晶配
向度の実用的簡便法として、呉，久保等により提案され
ている（工業化学３９，９２９（１９３９））次のｆｃ
で示すことができる。すなわち、赤道線上に最も強い反
射のデバイ環に沿って測定された強度分布の半価幅Ｈを
求め、次式より算出する。 ｆｃ＝（１８０−Ｈ）／１８０ 本発明に言う配向結晶化とは、ｆｃが０．７以上を言う
。

【００１４】配向結晶化した繊維は次の方法によって得
られる。複合繊維を得るには、公知の方法、例えば図１
の装置で紡糸される。断面形状は図２に示す如く、鞘成
分が表面をほぼ覆っている形状であれば良い。紡糸温度
は、芯鞘各成分の融点の高い方より更に１０℃以上高い
温度で行うことが好ましい。芯成分は、高配向度を得る
ため吐出時の剪断速度（γ）を１０３ｓｅｃ−１以上に
することが好ましい。より好ましくは１０４ｓｅｃ−１
以上である。本発明に言う剪断速度（γ）とは、ノズル
径をｒ（ｃｍ）、単孔当りのポリマー吐出量をＱ（ｃｍ
３／ｓｅｃ）とするとき γ＝４Ｑ／πｒ３（ｓｅｃ−１） で計算される。

【００１５】本発明者らの検討によると芯成分は、紡糸
ドラフト（Ｄ）による再配向はほとんどなく、ドラフト
による急激な配向を生ずるのは、屈曲性ポリマーである
鞘成分のみである。本発明による紡糸ドラフト（Ｄ）と
は、次式で示される値である。 Ｄ＝Ｖｔ／Ｖｏ ただし、Ｖｏ：ノズルを出るポリマーの吐出速度（ｍ／
分） Ｖｔ：紡糸巻取速度（紡糸速度）（ｍ／分）本発明の繊
維を得るにはＤ＞３０とすることが好ましい。更に、本
発明の鞘成分が配向結晶化した複合繊維を得るには、紡
糸速度が重要な因子であり、鞘成分ポリマーの配向結晶
化速度によっても異なるが例えば、ポリエチレンテレフ
タレートの場合はＶｔ＞４０００ｍ／分、ポリエチレン
ナフタレートはＶｔ＞５０００ｍ／分、ポリフェニレン
サルファイドはＶｔ＞２５００ｍ／分である。

【００１６】本発明の複合繊維は、紡糸しただけで既に
十分な強度、弾性率を有しているが、弛緩熱処理や緊張
熱処理により性能をさらに向上させることができる。熱
処理は、窒素等の不活性雰囲気や、空気の如き酸素含有
の活性雰囲気中または、減圧下で行うことが可能である
。熱処理雰囲気は露点が−４０℃以下の気体が好ましい
。好ましい温度条件としては、鞘成分の融点以下でかつ
、芯成分の融点マイナス４０℃以下から順次昇温して行
くパターンが挙げられる。処理時間は、目的の性能によ
り数秒が数十時間行うことが出来る。

【００１７】熱の供給は、気体等の媒体を行う場合、加
熱板、赤外ヒーター等による輻射を利用する方法、熱ロ
ーラ、プレート等に接触して行う方法、高周波等を利用
した内部加熱方法等がある。処理は、目的により、緊張
下あるいは無緊張下で行なわれる。処理の形状は、カセ
状、チーズ状、トウ状（例えば金網等にのせて行う）、
あるいはローラ間の連続処理によって行なわれる。繊維
の形態は、フィラメント、カットファイバーいずれも可
能である。緊張熱処理は、芯成分の融点より６０℃以上
低い温度で、切断強力の１０〜５０％の張力で行うこと
が好都合であり、この処理で弾性率および耐疲労性が更
に改善される。

【００１８】本発明は、芯成分が溶融液晶ポリマーから
なり、鞘成分が配向結晶化した屈曲性ポリマーからなっ
ているため、高強度、高弾性率、寸法安定性等の性能を
保持し、溶融液晶ポリマーからなる繊維の最大の欠点で
あった表面フィブリル化、耐摩耗性、耐圧縮疲労性、耐
候性等を著しく改良された繊維である。

【００１９】本発明繊維を用いた産業上の利用例として
は次の様なものが挙げられる。 １．樹脂補強用（カーボン、ガラス繊維との複合化）に
使用されるもの スキー板、ゴルフクラブやゲートボールのヘッドおよび
シャフト、テニスやバトミントンのラケットフレーム、
ヘルメット、バット、メガネフレーム、プリント基盤、
モーター回転子のスロット、絶縁物、パイプ、高圧容器
、自動車、自動二輪車、二輪車、列車、船、飛行機、宇
宙船等の一次あるいは二次構造体 ２．ゴム補強用に使用されるもの タイヤ、ベルト、各種タイミングベルト、ホースのゴム
補強用資材 ３．パルプ状で使用されるもの １）摩耗材（他繊維との混合使用、樹脂の補強）、ブレ
ーキライニング、クラッチフェーシング、軸受け２）そ
の他 パッキン材、ガスケット、濾過材、研磨材４．カットフ
ァイバー、チョップドヤーン状で使用されるもの 紙（絶縁紙、耐熱紙）、スピーカー用振動材、セメント
補強材、樹脂補強材 ５．フィラメント、紡績糸ヤーン状で使用されるものコ
ントロールケーブル、ヒーター線芯糸、テンションメン
バー（光ファイバー、ヘッドホーンコード等）、ロープ
、コード、ザイル、命綱、釣糸、延網６．織物あるいは
編物状で使用されるものスクリーン紗、コンベアベルト
、ヨットセール、テント、膜類、防弾チョッキ、安全手
袋、安全ネット、耐熱耐炎服、前掛け等保護具、ゴム補
強用基布、自動車、列車、船、飛行機、宇宙船等の内張
等が挙げられる。

【００２０】本発明に言うフィブリル化とは、ヤーンを
１００ｇの張力下で三点のチタンガイドに通し、１００
ｍ／ｍｉｎで１時間走行させた時のガイドに付着するフ
ィブリルの量により、多いものを×、全く出ないものを
○、中間を△として評価した。本発明に言う耐疲労性強
力保持率とは、約１５００ｄｒ（５００ｄｒ×３本）の
ヤーンを、下撚２８０Ｔ／ｍ、上撚２８０Ｔ／ｍの双糸
とし、コードをつくり、ゴム中に包埋して行うベルト屈
曲テスト法で２５万回処理した後の強力保持率で評価し
た。

【００２１】本発明に言う摩耗性とは、試料ヤーンを１
０本引揃え、反転回転体と他端の滑車とに１．５回ヨリ
合せ、８の字状にセットし滑車に３ｋｇの荷重をかけ、
反転回転体でヤーンを往復ヨリ合せ摩耗させ切断までの
回数を求める繊維間摩耗と、１／１０ｇ／ｄの荷重をか
け、直径１０ｃｍの丸砥石（回転数：１００回／分、接
触角：１００度）で切断までの回数で示すグラインダー
摩耗テストの両者で評価した。以下、実施例により本発
明をより具体的に説明するが、本発明は、これにより限
定されるものではない。

【００２２】

【実施例】実施例１ 芯成分として前記構成単位（Ｅ）と（Ｆ）が７３／２７
モル％比である全芳香族ポリエステルポリマーを用いた
。このポリマーの物性は、 ηｉｎｈ＝５．６ｄｌ／ｇ Ｍｐ　　　　＝２７９℃ である。対数粘度（ηｉｎｈ）は次のようにして求めた
。試料をペンタフルオロフェノールに０．１重量％溶解
し（６０〜８０℃）、６０℃の恒温槽中でウベローデ型
毛管粘度計（例えば高分子学会編“高分子科学実験法”
東京化学同人Ｐ１７９（１９８６）東京）で測定する。 溶媒の流下時間は１０７秒である。 ηｉｎｈ＝［ｌｎ（ηｒｅｌ）］／Ｃ また芯ポリマーの融点（Ｍｐ）は、メトラー社製ＴＡ−
３０００ＤＳＣで求めた吸熱ピーク温度である。

【００２３】鞘成分として［η］（フェノールとテトラ
クロロエタンの等量混合溶媒を用い３０℃の恒温槽中で
ウッペローデ型粘度計を使用して測定した極限粘度）＝
０．７２ｄｌ／ｇのポリエチレンテレフタレートを用い
、芯成分と鞘成分の重量比３：１で、図１に示す５０ホ
ールの口金より温度３１０℃で複合紡糸した。ノズル径
は、０．２５ｍｍφで、巻取速度４５００ｍ／分で２５
０デニールのフィラメントを得た。γ＝２１．７×１０
３ｓｅｃ−１、Ｄ＝１１１倍、Ｖｔ＝４５００ｍ／分で
あり、得られた繊維性能は 強度（ＤＴ）　　　　　　：９．３ｇ／ｄ伸度（ＤＥ）
　　　　　　：２．３％ 弾性率（ＩＭ）　　　　：４８０ｇ／ｄ断面積比　　　
　　　　　　　：０．２５結節強度（ＫＴ）　　：５．
６ｇ／ｄ ループ強度（ＬＴ）：７．３ｇ／ｄ であった。このものを平行に並べ厚み約０．５ｍｍの短
冊状の試料をつくり、広角Ｘ線回折写真を撮った。鞘成
分のポリエチレンテレフタレートは明らかに配向結晶化
した繊維図を与えており、（−１，１，０）面の方位角
方向の強度分布より測定したｆｃは０．８１であった。

【００２４】比較例１ 実施例１と同様の芯鞘成分を用い、紡糸ドラフトＤ＝２
５倍、巻取速度３５００ｍ／分で行ったこと以外、本質
的に同様の方法で２５０デニールのフィラメントを得た
。得られた繊維の性能は、 強度（ＤＴ）　　　　　　：８．２ｇ／ｄ伸度（ＤＥ）
　　　　　　：１．９％ 弾性率（ＩＭ）　　　　：４４７ｇ／ｄ断面積比　　　
　　　　　　　：０．２５結節強度（ＫＴ）　　：２．
３ｇ／ｄ ループ強度（ＬＴ）：４．７ｇ／ｄ であった。このものを実施例１と同様の広角Ｘ線回折写
真を撮ったところ、ポリエチレンテレフタレートの回折
は、散漫な非晶性ハローからなるリング状パターンから
なっていた。最大強度を与える２θ＝２１°の方位角方
向の強度分布より測定したｆｃは０．５２であり、配向
結晶化が十分行なわれていないことがわかった。性能面
では、結節強度、ループ強度が著しく劣っていた。

【００２５】実施例２ 芯成分として、実施例１と同一の溶融液晶性ポリマーを
用い、鞘成分として［η］（パラクロロフェノールとテ
トラクロロエタンの等量混合溶媒を用い３０℃の恒温槽
中でウッペローデ型粘度計を使用して測定した極限粘度
）＝０．６８ｄｌ／ｇのポリエチレンナフタレートを用
い、芯成分と鞘成分の重量比３：１で５０ホールの口金
を用い、温度３１８℃で複合紡糸した。巻取速度６３０
０ｍ／分で２５０デニールのフィラメントを得た。紡糸
ドラフトはＤ＝１７３倍であった。得られた繊維の性能
は、 強度（ＤＴ）　　　　　　：１０．２ｇ／ｄ伸度（ＤＥ
）　　　　　　：２．３％ 弾性率（ＩＭ）　　　　：５０２ｇ／ｄ断面積比　　　
　　　　　　　：０．２５結節強度（ＫＴ）　　：６．
２ｇ／ｄ ループ強度（ＬＴ）：８．７ｇ／ｄ であった。実施例１と同様の方法で広角Ｘ線回折を行な
いｆｃを求めたところ０．９３であった。この原糸をネ
ット上に乗せ、上部より加熱されたＮ２ガスを吹きつけ
る方法で２３０℃で１０時間、２７０℃で１０時間熱処
理した。熱処理後もｆｃに変化は認められなかった。得
られた繊維の物性を表１に示す。

【００２６】比較例２ 実施例２と同様の芯鞘成分を用い、巻取速度１０００ｍ
／分で行ったこと以外、本質的に同様の方法で２５０デ
ニールフィラメントを得た。得られた繊維の性能は、強
度（ＤＴ）　　　　　　：８．８ｇ／ｄ伸度（ＤＥ）　
　　　　　：２．２％ 弾性率（ＩＭ）　　　　：４３８ｇ／ｄ断面積比　　　
　　　　　　　：０．２５結節強度（ＫＴ）　　：３．
２ｇ／ｄ ループ強度（ＬＴ）：５．９ｇ／ｄ であった。このものの広角Ｘ線回折は、鞘成分のポリエ
チレンナフタレートの回折は、リング状のハローをなし
ており、比較例１と同様の方法で求めたｆｃは０．４６
であった。この原糸を実施例２と同様の方法で熱処理を
行った。熱処理中にヤーン間の微膠着がおこり工程中で
鞘成分が剥離し毛羽立つ部分が見られた。この繊維の広
角Ｘ線回折では、ポリエチレンテレフタレートの回折は
、リング状をなしており、結晶化はしているが配向はし
ていないと判断される。得られた繊維の性能を表１に示
す。

【００２７】

【表１】

【００２８】比較例２では、鞘成分が配向結晶化してい
ないため、脆く、かつ膠着部があるため、摩耗等で鞘成
分の剥離をおこすためか、期待された性能が発揮されて
いない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合繊維製造に用いられる紡糸装置の
一例の模式図である。

【図２】本発明の代表的な複合繊維の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　芯成分が光学的異方性溶融相を形成し
   得る芳香族ポリエステル、鞘成分が配向結晶化している
   屈曲性高分子である複合繊維。