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JPH07157919A - Method for spinning polybenzazole fiber at high speed - Google Patents

Method for spinning polybenzazole fiber at high speed

Info

Publication number
JPH07157919A
JPH07157919A JP30411393A JP30411393A JPH07157919A JP H07157919 A JPH07157919 A JP H07157919A JP 30411393 A JP30411393 A JP 30411393A JP 30411393 A JP30411393 A JP 30411393A JP H07157919 A JPH07157919 A JP H07157919A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
yarn
filament
dope
polybenzazole
spinning
Prior art date
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Granted
Application number
JP30411393A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3063064B2 (en
Inventor
Masaru Nakagawa
勝 中川
Yoshihiko Teramoto
喜彦 寺本
Jiei Kuooderuu Jiyunia Jiyooji
ジェイ クォーデルー ジュニア ジョージ
Roozenberugu Suchiibun
ローゼンベルグ スチーブン
Sen Ashishiyu
セン アシシュ
Eru Fuerii Chimoshii
エル フェリイ チモシー
Chiyun Chiyau Chii
チュン チャウ チー
Seraano Miyana
セラーノ ミヤナ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyobo Co Ltd filed Critical Toyobo Co Ltd
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Publication of JPH07157919A publication Critical patent/JPH07157919A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3063064B2 publication Critical patent/JP3063064B2/en
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Abstract

PURPOSE:To produce filament having a fine single filament size at a high speed by extruding a liquid crystalline dope of a polybenzazole from a spinneret having a high hole density, drawing the resultant yarn in an air gap in a gas stream at a temperature within a specific range and then desolvating the yarn in a coagulation bath. CONSTITUTION:This method for spinning polybenzazole fiber at a high speed is to extrude a liquid crystalline dope of a lyotropic polybenzazole composed of polybenzoxazole, polybenzothiazole or a copolymer thereof and a polyphosphoric acid solvent from a spinneret having at least 20 holes/cm<2> hole density at >=200 deg.C temperature, then draw the resultant yarn in an air gap region in a gas stream at 50-100 deg.C, subsequently introduce the yarn into a coagulation water bath, desolvate the yarn, drain water with an air knife, pass the yarn through heated godet rollers and dry the yarn. Thereby, the filament yarn having a fine size of <=20mum average single filament diameter is stably produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はポリベンズオキサゾール
もしくはポリベンズチアゾールポリマーから成る繊維の
生産性が優れた製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing fibers made of polybenzoxazole or polybenzthiazole polymer with excellent productivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】ライオトロピック液晶性のポリベンズオ
キサゾールとポリベンズチアゾールポリマーは熱可塑性
を示さない。これらはドライ・ジェット・ウエット・ス
ピニング法により繊維化される。すなわち、ポリベンザ
ゾールポリマーと酸溶媒を含むドープを紡糸口金より押
し出し、エアギャップで引き伸ばし、溶媒を希釈し、ポ
リマーを溶解させない非溶媒と接触させることによって
凝固する方法による。このプロセスで得られた繊維は1
本もしくは様々なサイズの複数本に収束する事が出来
る。
2. Description of the Related Art Polybenzoxazole and polybenzthiazole polymers having lyotropic liquid crystallinity do not show thermoplasticity. These are fiberized by the dry jet wet spinning method. That is, a method in which a dope containing a polybenzazole polymer and an acid solvent is extruded from a spinneret, stretched in an air gap, diluted with a solvent, and brought into contact with a non-solvent that does not dissolve the polymer to coagulate. 1 fiber was obtained from this process
It can converge to a book or multiple books of various sizes.

【0003】多くのフイラメントを短時間で高速で造る
事が好ましい。また個々のフイラメントの占有面積を小
さくして繊度の小さい数が多い連続繊維を造るほうが繊
度の大きなものを少ない本数造るよりも好ましい。しか
しながら、単糸デニールが細い紡糸においては、糸切れ
が起こり易い。とりわけ高速でかつ紡糸口金に多くの孔
が設けられている場合には紡糸で糸切れが頻繁に起こ
る。このような条件においても単糸切れを可能な限り減
らすことが望まれている。
It is preferable to build many filaments in a short time and at high speed. Further, it is preferable to reduce the occupied area of each filament to make continuous fibers having a small number of fineness, rather than making a small number of fibers having a large fineness. However, yarn breakage is likely to occur in spinning with a small single yarn denier. Especially at high speeds and with many holes in the spinneret, yarn breakage frequently occurs during spinning. Even under such conditions, it is desired to reduce single yarn breakage as much as possible.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は高い孔密度の
条件においても、単糸繊度が小さいフイラメントを高速
で安定に製造する方法に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for stably producing a filament having a small single yarn fineness at a high speed even under the condition of a high pore density.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、溶媒と
ポリベンズオキサゾール、もしくはポリベンズチアゾー
ルもしくはこれらの共重合ポリマーであるポリベンザゾ
ールポリマーからなる液晶性ドープから複数本のフイラ
メントを紡糸する繊維の製造方法において、(1) 孔密度
が少なくとも2.0孔/cm2 である紡糸口金の複数の
孔から100℃以上の温度で紡糸ドープを押し出し複数
本のドープ・フイラメントを形成し、(2) このドープ・
フイラメントをフイラメントを50−100℃の均一に
冷却できる気流の条件とした気体エアギャップ中で延伸
し、(3) 延伸されたドープ・フイラメントを液体に接触
させ該フイラメントから脱溶媒する。の工程から成る製
造方法である。
That is, according to the present invention, a plurality of filaments are spun from a liquid crystal dope composed of a solvent and polybenzoxazole, or polybenzthiazole or a polybenzazole polymer which is a copolymer of these. In the method for producing a fiber, (1) a spinning dope is extruded from a plurality of holes of a spinneret having a hole density of at least 2.0 holes / cm 2 at a temperature of 100 ° C. or higher to form a plurality of dope filaments, 2) This dope
The filament is stretched in a gas air gap under the conditions of an air flow capable of uniformly cooling the filament at 50-100 ° C., and (3) the stretched dope filament is brought into contact with a liquid to desolvate the filament. The manufacturing method comprises the steps of.

【0006】本発明の2つめの技術として上記の製造工
程により得られる、平均単繊維径がおよそ21μm以下
であるポリベンザゾール繊維、である。更にドープ・フ
イラメントが洗浄液に接触する前もしくは最中もしくは
接触後に1本または複数本に収束させる、上記製造方
法。エアギャップ中の気流速度が少なくとも0.05m
/秒以上である上記製造方法。エアギャップ中の気流速
度が少なくとも0.1m/秒以上である上記製造方法。
エアギャップ中の気流速度が少なくとも0.5m/秒以
上である上記製造方法。上記製造方法で造られた平均単
繊維径がおよそ18μm以下であるポリベンザゾール繊
維。ポリベンザゾールがポリベンツオキサゾールである
上記ポリベンザゾール繊維。
The second technique of the present invention is a polybenzazole fiber having an average single fiber diameter of about 21 μm or less, which is obtained by the above manufacturing process. Further, the above-mentioned production method, wherein the dope filament is converged into one or more before, during, or after contact with the cleaning liquid. Air velocity in the air gap is at least 0.05m
/ Sec or more, the above-mentioned manufacturing method. The above manufacturing method, wherein the air velocity in the air gap is at least 0.1 m / sec or more.
The above-mentioned manufacturing method, wherein the air velocity in the air gap is at least 0.5 m / sec or more. Polybenzazole fiber having an average single fiber diameter of about 18 μm or less produced by the above production method. The above polybenzazole fiber, wherein the polybenzazole is polybenzoxazole.

【0007】多くのポリベンザゾールフイラメントを密
集させて高温で紡糸する場合に外に位置するフイラメン
トは内側に位置するフイラメントに比べて早く冷却され
る。この温度の違いは外に位置するフイラメントに最適
となる場合には内側に位置するフイラメントに対して最
適とはなっていない、またこの逆の状況も起り得る。エ
アギャップに気流を作ることで全ての繊維に対して同様
の雰囲気温度履歴を与えることができる。雰囲気温度を
制御することで糸切れを最少限にすることができる。さ
らにはエアギャップに気流を作ることでフイラメント間
でより均一に成るという効果も得られる。
When many polybenzazole filaments are densely packed and spun at high temperature, the outer filaments cool faster than the inner filaments. This difference in temperature is not optimal for filaments located inside when it is optimal for filaments located outside, and vice versa. By creating an air flow in the air gap, the same atmospheric temperature history can be given to all fibers. The yarn breakage can be minimized by controlling the ambient temperature. Further, by creating an air flow in the air gap, it is possible to obtain an effect that the filaments become more uniform.

【0008】本発明はライオトロピック液晶性ポリベン
ザゾールポリマー、すなわちポリベンゾオキサゾール、
ポリベンゾチアゾールもしくはこれらの共重合ポリマー
を含む紡糸原液を使用する。ここで使用するポリベンザ
ゾールポリマーとは、Wolfeらの「Liquid Crystalline
Polymer Compositions,Process and Products」 U.S.Pat
ent 4,703,103(October 27,1987);Wolfe らの「Liquid
Crystalline PolymerCompositions,Process and Produc
ts」 U.S.Patent 4,533,692(August 6,1985);Wolfe らの
「Liquid Crystalline Poly(2,6-Benzothiazole) Compo
sitions, Process and Products 」U.S.Patent 4,533,7
24(August 6,1985);Wolfe らの「Liquid Crys talline
Polymer Compositions,Process and Products」 U.S.Pat
ent 4,533,693(August 6,1985);Evers「Thermoxdative
ly Stable Articulated p-Benzobisoxazole p-Benzobis
thiazole Polymers」U.S.Patent 4,359,567(November 1
6,1982);Tsai らの「Method for Making Heterocyclic
Block Copolymer Compositions,Process and Products」
U.S.Patent 4,578,432(March 25,1986);11 Ency.Poly.
Sci.& Eng., 「Polybenzothiazoles and Polybenzoxazo
and Polybenzoxazoles 」,601(J.Wiley & Sons 1988) an
d W.W.Adamsら「The Materials Science 」,601(J.Wiley
& Sons 1988)and W.W.Adams ら「The Materials Scien
ce and Engineering of Rigid-Rod Polymers 」(Materia
ls Research Society 1989)に記載されているようなP
BO、PBTおよびPBO、PBTのランダム、シーケ
ンシャル、ブロック共重合ポリマー。
The present invention relates to a lyotropic liquid crystalline polybenzazole polymer, namely polybenzoxazole,
A spinning stock solution containing polybenzothiazole or a copolymer thereof is used. The polybenzazole polymer used here is the "Liquid Crystalline" by Wolfe et al.
Polymer Compositions, Process and Products '' USPat
ent 4,703,103 (October 27,1987); Wolfe et al., `` Liquid
Crystalline Polymer Compositions, Process and Produc
ts '' US Patent 4,533,692 (August 6,1985); Wolfe et al., `` Liquid Crystalline Poly (2,6-Benzothiazole) Compo
sitions, Process and Products '' US Patent 4,533,7
24 (August 6,1985); Wolfe et al., "Liquid Crys talline.
Polymer Compositions, Process and Products '' USPat
ent 4,533,693 (August 6,1985); Evers `` Thermoxdative
ly Stable Articulated p-Benzobisoxazole p-Benzobis
thiazole Polymers '' US Patent 4,359,567 (November 1
6, 1982); Tsai et al. `` Method for Making Heterocyclic
Block Copolymer Compositions, Process and Products ''
USPatent 4,578,432 (March 25,1986); 11 Ency.Poly.
Sci. & Eng., `` Polybenzothiazoles and Polybenzoxazo
and Polybenzoxazoles 」, 601 (J. Wiley & Sons 1988) an
d WW Adams et al., "The Materials Science", 601 (J. Wiley
& Sons 1988) and WWAdams et al. `` The Materials Scien
ce and Engineering of Rigid-Rod Polymers '' (Materia
ls Research Society 1989)
Random, sequential, block copolymers of BO, PBT and PBO, PBT.

【0009】ポリマーは化学構造式1(a)に代表され
るようなAB型及び/または化学構造式1(b)に代表
されるようなAA/BB型単位であってもよい。
The polymer may be AB type units as represented by chemical structural formula 1 (a) and / or AA / BB type units as represented by chemical structural formula 1 (b).

【0010】[0010]

【化1】 [Chemical 1]

【0011】ここに、各々のArはライオトロピック液
晶ポリマー(すなわち”臨界濃度点以上で液晶ドメイン
を形成する)ポリベンザゾールのポリマーから選ばれた
芳香族基を表す。芳香族基はピリジニレン基のようなヘ
テロ環であってもよい、但し炭素で環を形成している事
が好ましい。芳香族基は縮合した多環基環若しくは縮合
していない多環基であってもよい、但し1つの6員環が
好ましい。大きさは制約はないが、芳香族基は18個以
下の炭素原子を含む事が好ましく、より好ましくは12
個以下の炭素原子を含む事が好ましく、さらに好ましく
は6個以下の炭素原子を含む事が好ましい。AA/BB
型単位のArlは1,2,4,5−フェニレン構造もし
くはその類似体である事が好ましい。AB型単位のAr
は1,3,4−フェニレン構造もしくはその類似体であ
る事が好ましい。各々のZは互いが無関係に酵素原子も
しくは硫黄原子である。各々のDMは互いが無関係に直
接結合もしくはライオトロピック液晶ポリマーとなるポ
リベンザゾールの中から選ばれた2価の有機構造であ
る。2価の構造単位としては、前述の芳香族基(Ar)
が好ましい。特に、1,4−フェニレン構造もしくはそ
の類似体が好適である。各々のアゾール環の窒素原子と
Z構造は隣接する芳香族基の炭素原子と結合して、5員
アゾール環と芳香族基が縮合した形になっている。AA
/BB型単位のアゾール環は、引用文献中の11 Ency.Po
ly.Sci.& Eng.,「Polybenzothiazoles and Polybenzole
s 」,601(J.Wiley & Sons 1988)に図示されているシス型
もしくはトランス型の何れであってもよい。
Here, each Ar represents an aromatic group selected from the polymers of lyotropic liquid crystal polymer (ie, forming a liquid crystal domain above the critical concentration point) polybenzazole, wherein the aromatic group is a pyridinylene group. Such a hetero ring may be formed, but it is preferable that a ring is formed by carbon.The aromatic group may be a condensed polycyclic group ring or a non-condensed polycyclic group, provided that A 6-membered ring is preferred, though the size is not limited, but the aromatic group preferably contains 18 or less carbon atoms, and more preferably 12
It preferably contains not more than 6 carbon atoms, more preferably not more than 6 carbon atoms. AA / BB
Arl of the mold unit preferably has a 1,2,4,5-phenylene structure or an analogue thereof. AB type unit Ar
Preferably has a 1,3,4-phenylene structure or an analogue thereof. Each Z is independently an enzyme atom or a sulfur atom. Each DM is a divalent organic structure selected from polybenzazoles which are directly bonded or lyotropic liquid crystal polymers independently of each other. As the divalent structural unit, the aromatic group (Ar) described above is used.
Is preferred. Particularly, a 1,4-phenylene structure or its analog is preferable. The nitrogen atom and Z structure of each azole ring are bonded to the carbon atom of the adjacent aromatic group to form a condensed form of the 5-membered azole ring and the aromatic group. AA
The azole ring of the / BB type unit is 11 Ency. Po in the cited document.
ly.Sci. & Eng., `` Polybenzothiazoles and Polybenzole
s ", 601 (J. Wiley & Sons 1988).

【0012】ポリマーはAB−PBZ繰り返し単位もし
くはAA/BBZ繰り返し単位で構成される事が好まし
く更に好ましくは本質的にAA/BB−PBZ繰り返し
単位で構成される事が好ましい。ポリマー中のアゾール
環はZが酸素原子であるオキサゾール環である事が好ま
しい。
The polymer is preferably composed of AB-PBZ repeating units or AA / BBZ repeating units, more preferably essentially of AA / BB-PBZ repeating units. The azole ring in the polymer is preferably an oxazole ring in which Z is an oxygen atom.

【0013】本発明で用いる繰り返し単位は構造式2
(a)−(h)に示したのが好ましい。より好ましくは
構造式2(a)−(f)に示したものが良く、更に好ま
しくは構造式2(a)−(d)に示したものが好適であ
る。
The repeating unit used in the present invention has the structural formula 2
Those shown in (a)-(h) are preferable. Those represented by Structural Formulas 2 (a)-(f) are more preferable, and those represented by Structural Formulas 2 (a)-(d) are more preferable.

【0014】[0014]

【化2】 [Chemical 2]

【0015】[0015]

【化3】 [Chemical 3]

【0016】各々のポリマーは少なくとも平均でおよそ
25以上の繰り返し単位を有する事が好ましい、より好
ましくは少なくともおよそ50以上の繰り返し単位を有
する事が好ましく、更に好ましくは少なくともおよそ1
00以上の繰り返し単位を有する事が好ましい。AA/
BB−PBZ剛直鎖の極限粘度数は、25℃メタンスル
フォン酸の測定で、少なくともおよそ10dl/g以上であ
る事が好ましい、より好ましくは少なくともおよそ15
dl/g以上である事が好ましく、更に好ましくは少なくと
もおよそ20dl/g以上である事が好ましい。ある用途に
対しては極限粘度数は、少なくともおよそ25もしくは
30dl/gであることが最適である。極限粘度数は、60
dl/gであってもよいが、40dl/gである事が好ましい。
半剛直なAB−PBZポリマーの極限粘度数は、少なく
ともおよそ5dl/g以上である事が好ましい、より好まし
くは少なくともおよそ10dl/g以上である事が好まし
く、更に好ましくは少なくともおよそ15dl/g以上であ
る事が好ましい。
Each polymer preferably has at least about 25 or more repeating units on average, more preferably at least about 50 or more repeating units, still more preferably at least about 1 repeating unit.
It is preferable to have a repeating unit of 00 or more. AA /
The intrinsic viscosity of the BB-PBZ rigid linear chain is preferably at least about 10 dl / g or more, more preferably at least about 15 as measured by methanesulfonic acid at 25 ° C.
It is preferably dl / g or more, more preferably at least about 20 dl / g or more. For some applications, the intrinsic viscosity is optimally at least about 25 or 30 dl / g. The intrinsic viscosity is 60
It may be dl / g, but is preferably 40 dl / g.
The intrinsic viscosity of the semi-rigid AB-PBZ polymer is preferably at least about 5 dl / g, more preferably at least about 10 dl / g, and even more preferably at least about 15 dl / g. Something is preferable.

【0017】このポリマーあるいはコポリマーは溶媒に
溶解し溶液若しくはドープとする。ポリベンツオキサゾ
ールとポリベンゾチアゾールはクレゾールに解けるが、
溶解可能な酸を溶媒として用いることが好ましい。酸は
非酸化性がよい。好ましい溶媒の例として、ポリ燐酸、
メタンスルフォン酸、硫酸およびこれらの混合物が挙げ
られる。酸は、ポリ燐酸およびまたはメタンスルフォン
酸がより好ましい。更に好ましくはポリ燐酸がよい。
This polymer or copolymer is dissolved in a solvent to prepare a solution or dope. Polybenzoxazole and polybenzothiazole can be dissolved in cresol,
It is preferable to use a soluble acid as the solvent. The acid has a good non-oxidizing property. As an example of a preferable solvent, polyphosphoric acid,
Methane sulfonic acid, sulfuric acid and mixtures thereof may be mentioned. More preferably, the acid is polyphosphoric acid and / or methanesulfonic acid. Polyphosphoric acid is more preferable.

【0018】ドープはドープの液晶ドメインを形成する
のに十分な濃度のポリマーを含む必要がある。ポリマー
濃度は少なくともおよそ7重量パーセント以上である事
が好ましい、より好ましくは少なくともおよそ10重量
パーセント以上である事が好ましく、更により好ましく
は少なくともおよそ14重量パーセント以上が好適であ
る。最大ポリマー濃度は主として、ポリマーの溶解性や
ドープ粘度といった実施可能性の制約を受ける。ポリマ
ー濃度30重量パーセントのドープを用いることはほと
んどなく、通常は20重量パーセント以下のドープを使
用する。
The dope should contain a sufficient concentration of polymer to form the liquid crystal domains of the dope. Preferably, the polymer concentration is at least about 7 weight percent or greater, more preferably at least about 10 weight percent or greater, and even more preferably at least about 14 weight percent or greater. Maximum polymer concentration is primarily constrained by workability such as polymer solubility and dope viscosity. Rarely dopes with a polymer concentration of 30 weight percent are used, and typically 20 weight percent or less are used.

【0019】本発明に適したポリマーもしくはコポリマ
ーおよびドープは次のような公知の手法で合成される。
合成手法としては、Wolfe らのU.S.Patent 4,533,693(A
ugust 6,1985);SybertらのU.S.Patent 4,772,678(Septe
mber 20,1988);HarrisのU.S.Patent 4,847,350(July 1
1,1989);GregoryのU.S.Patent 5,089,591(February 18,
1992);Ledbetterらの”An Integrated Laboratory Proc
ess for Preparing Rigid Rod Fibers from Monomaer
s”「The Materials Science and Engineering ofRigid
-Rod Polymers 」の253−264頁(Materials Resea
rch Society 1989) に記載されている。要するに、適正
なAA型とBB型あるいはAB型のモノマーを酸化性が
なく脱水性の酸溶媒中で非酸素雰囲気下で、勢い良く高
せん断速度で撹はんさせながら、温度は120℃以下か
ら少なくともおよそ190℃迄ステップワイズもしくは
ランプ制御で昇温させながら反応させる。AA型モノマ
ーの例としてテレフタル酸及びこれらの類似体が挙げら
れる。BB型モノマーの例として、主に酸の塩として保
管される4,6−ジアミノレゾルシノール、2,5ジア
ミノヒドロキノン、2,5−ジアミノ−1,4−ジチオ
ベンゼンおよびこれらの類似体が挙げられる。AB型モ
ノマーの例として主に酸の塩として保管される3−アミ
ノ−4−ヒドロキシベンゾイックアシド、3−ヒドロキ
シ−4−アミノベンゾイックアシドおよびこれらの類似
体が挙げられる。
The polymer or copolymer and dope suitable for the present invention are synthesized by the following known methods.
As a synthesis method, US Patent 4,533,693 (A of Wolfe et al.
ugust 6,1985); Sybert et al., US Patent 4,772,678 (Septe.
mber 20,1988); Harris US Patent 4,847,350 (July 1)
1,1989); Gregory's US Patent 5,089,591 (February 18,
1992); “An Integrated Laboratory Proc by Ledbetter et al.
ess for Preparing Rigid Rod Fibers from Monomaer
s ”“ The Materials Science and Engineering of Rigid
-Rod Polymers, pp. 253-264 (Materials Resea
rch Society 1989). In short, appropriate AA type and BB type or AB type monomers in a non-oxidizing, non-dehydrating acid solvent in a non-oxygen atmosphere while vigorously stirring at a high shear rate, the temperature is from 120 ° C or lower. The reaction is carried out while raising the temperature by stepwise or lamp control to at least about 190 ° C. Examples of AA type monomers include terephthalic acid and analogs thereof. Examples of BB type monomers include 4,6-diaminoresorcinol, 2,5 diaminohydroquinone, 2,5-diamino-1,4-dithiobenzene, and analogs thereof, which are stored primarily as acid salts. Examples of AB type monomers include 3-amino-4-hydroxybenzic acid, 3-hydroxy-4-aminobenzic acid and analogs thereof, which are mainly stored as acid salts.

【0020】最も高い生産性で紡糸するためには、ドー
プは均一性が高く、気泡や固体粒子を含んでいないこと
が肝要である。これらは、以下の公知の多くの方法の組
み合わせにより達成されるが本発明は以下の方法により
制約を受けるものではない。異物を濾過するための金網
もしくは/およびシリカサンド層、金属を削ったものや
粒子、ガラス層や焼結セラミックスや焼結金属様なせん
断濾過を用いることができる。ドープの均一性をさらに
向上させるための単軸、2軸スクリュー押し出し機、ス
タティックミキサーそのため混合装置を利用することが
できる。
In order to carry out spinning with the highest productivity, it is important that the dope has high uniformity and contains no bubbles or solid particles. These are achieved by a combination of many known methods below, but the present invention is not limited by the following methods. It is possible to use a wire mesh or / and a silica sand layer for filtering foreign substances, metal scraped particles or particles, a shear layer such as a glass layer, a sintered ceramic or a sintered metal. A single-screw, twin-screw extruder, static mixer and thus a mixing device can be used to further improve the uniformity of the dope.

【0021】ドープは複数の孔を設けた紡糸口金を通し
て紡糸される。紡糸口金の孔密度は少なくともおよそ
1.0個/cm2 以上でなければならない、より好まし
くは2.0個/cm2 以上、更に好ましくは少なくとも
およそ3.0個/cm2 以上がよい。紡糸口金に設けら
れた各々の孔は所望のどの様な大きさであってもよい
が、ドープが紡糸口金から離れる点での平均直径は0.
5mm以下が好ましい、より好ましくは0.4mm以
下、更に好ましくは0.35mm以下が良い。孔配列は
どのような並びであってもよいが、円周配列或は格子配
列が好適である。
The dope is spun through a spinneret having a plurality of holes. Pore density of the spinneret must be at least about 1.0 / cm 2 or more, more preferably 2.0 pieces / cm 2 or more, more preferably at least about 3.0 / cm 2 or more is good. Each of the holes in the spinneret may be any desired size, but the average diameter at the point where the dope leaves the spinneret is 0.
It is preferably 5 mm or less, more preferably 0.4 mm or less, still more preferably 0.35 mm or less. The hole arrangement may be any arrangement, but a circumferential arrangement or a lattice arrangement is preferred.

【0022】ドープは100℃以上の紡糸口金から押し
出す。紡糸温度はおよそ120℃以上が好ましい、より
好ましくは140℃以上が好ましい。また、紡糸温度の
上限はドープの安定性により決まる。紡糸温度は高くと
もおよそ220℃以下、より好ましくはおよそ200℃
以下が好ましい。最適な吐出量は紡糸口金のサイズ・形
状、ドープ特性、その他の条件に依存する。
The dope is extruded from the spinneret at 100 ° C. or higher. The spinning temperature is preferably about 120 ° C or higher, more preferably 140 ° C or higher. The upper limit of spinning temperature is determined by the stability of the dope. The spinning temperature is at most about 220 ° C. or less, more preferably about 200 ° C.
The following are preferred. The optimum discharge amount depends on the size and shape of the spinneret, the dope characteristics, and other conditions.

【0023】ドープは紡糸口金から押し出され、紡糸口
金と凝固ゾーンの間の空隙に入る。この空隙は通常“エ
アギャップ”と呼ばれているが空気を必要とするもので
はない。エアギャップは凝固に影響を与えたり障害を来
すものでなければ何を含んでいてもよく、空気、窒素、
アルゴン、ヘリュウム、二酸化炭素の様なものであって
もよい。エアギャップではドープの引き伸ばしを行うド
ローゾーンを含んでいる。スピンドロー比はフイラメン
トの引取速度とドープのキャピラリーでの平均流速との
比で定義される。このスピンドロー比を少なくともおよ
そ10以上、好ましくはすくなくともおよそ20以上、
一層好ましくはすくなくともおよそ40以上、より好ま
しくはすくなくともおよそ50以上、さらに好ましくは
すくなくともおよそ63以上が良い。エアギャップの長
さは通常5cm以上100cm以下であるが、必要に応
じてこの範囲よりも短くしたり長くしたりすることが出
来る。
The dope is extruded from the spinneret and enters the void between the spinneret and the solidification zone. This void is commonly referred to as the "air gap" but does not require air. The air gap may contain anything that does not affect or interfere with coagulation, such as air, nitrogen,
It may be something like argon, helium, carbon dioxide. The air gap contains a draw zone for stretching the dope. The spin draw ratio is defined as the ratio of the filament take-up speed to the average flow velocity of the dope capillary. This spin draw ratio is at least about 10 or more, preferably at least about 20 or more,
More preferably, it is at least about 40 or more, more preferably at least about 50 or more, and even more preferably at least about 63 or more. The length of the air gap is usually 5 cm or more and 100 cm or less, but it can be shorter or longer than this range as required.

【0024】エアギャップの温度はおよそ50℃以上、
およそ100℃以下が好ましい。より好ましい温度は6
0℃と90℃の間である。気体はドープが水洗液に接触
する前に冷却する働きをする。エアギャップの温度がお
よそ50℃未満の場合は冷却が急速過ぎて好ましくな
い。冷却が急速過ぎる場合は紡糸張力が高くなり過ぎて
紡糸が不安定になる。これはドープの伸長粘度の温度依
存性が非常に高い為と考えられている。もしエアギャッ
プの温度がおよそ100℃よりも高い場合にはドローレ
ゾナンス様の不安定現象が起きると考えられている。
The temperature of the air gap is about 50 ° C. or higher,
It is preferably about 100 ° C or lower. More preferable temperature is 6
Between 0 ° C and 90 ° C. The gas serves to cool the dope before it contacts the wash liquor. If the temperature of the air gap is less than about 50 ° C., the cooling is too rapid, which is not preferable. If cooling is too rapid, the spinning tension will be too high and spinning will be unstable. It is considered that this is because the extensional viscosity of the dope has a very high temperature dependency. If the temperature of the air gap is higher than about 100 ° C, it is considered that a draw resonance-like instability phenomenon occurs.

【0025】エアギャップの冷却気体はドープフイラメ
ントの冷却を一様に行うことができるだけの十分な流速
で流れる。これによりすべてのフイラメントが概同じ冷
却履歴を受ける。気体は気流速0.02m/秒から1.
0m/秒の範囲が好ましく、より好ましくは0.05m
/秒から0.9m/秒である。更に好ましくは0.75
m/秒から0.8m/秒である。気流はエアギャップで
のフイラメントの移動方向に対して直交方向が好まし
い。
The cooling gas in the air gap flows at a flow velocity sufficient to uniformly cool the dope filament. This causes all filaments to receive approximately the same cooling history. The gas flow rate is 0.02 m / sec to 1.
The range is preferably 0 m / sec, more preferably 0.05 m.
/ Sec to 0.9 m / sec. More preferably 0.75
It is from m / sec to 0.8 m / sec. The air flow is preferably orthogonal to the moving direction of filament in the air gap.

【0026】ドープフイラメントを引き伸ばした後、溶
媒を希釈しポリベンザゾールポリマーに対しては溶解性
がない気流と触媒させる事により洗浄する。この脱溶媒
の工程は通常初期段階を凝固、それに続く大部分の溶媒
を抜く工程を洗浄と呼ばれている。流体は水蒸気のよう
な気体であってもよいが、好ましくは液体が良くより好
ましくは水溶液が良い。繊維は液体と浴の中で接触させ
ても、スプレーで接触させてもよい。液浴は、特開昭6
3−12710;特開昭51−35716;特公昭44
−22204に組み込まれた様々な形式のものを用いて
良い。また、例えばGuertin のU.S.Patent5,034,250 (J
uly 23,1991)に記載されているような2つのローラーに
繊維を走行させる間にスプレーする方法を組み合わせて
用いてもよい。洗浄された繊維は2%以下の酸を含むよ
うにすることが好ましい、より好ましくは0.5%以下
にするとよい。更に好ましくは0.1%以下が良い。
After the dope filament is stretched, it is washed by diluting the solvent and catalyzing it with an air flow that is insoluble in the polybenzazole polymer. This desolvation process is usually called coagulation in the initial stage, and the subsequent process of removing most of the solvent is called washing. The fluid may be a gas such as water vapor, but is preferably a liquid and more preferably an aqueous solution. The fibers may be contacted with the liquid in a bath or spray. The liquid bath is JP-A-6
3-12710; JP-A-51-35716; JP-B-44
Various forms incorporated into -22204 may be used. Also, for example, Guertin's USPatent5,034,250 (J
A combination of two roller spraying methods as described in Uly 23, 1991) may be used while the fibers are running. The washed fibers preferably contain less than 2% acid, more preferably less than 0.5%. It is more preferably 0.1% or less.

【0027】この工程で得られたフイラメントを束ねて
1つもしくはそれ以上の異なる繊度の繊維束とする。こ
の束ねる工程は凝固・水洗工程の前もしくは途中もしく
は後であってもよい。1本のフイラメントだけから成る
繊維をモノフイラメント繊維と呼び、複数のフイラメン
トで構成される繊維をマルチフィラメント繊維と呼ぶ。
繊維トウとは「大きな連続繊維の束で明確な撚りが掛け
られておらずルースに収束され、ロッド状に成ったもの
で、通常はクリンプにより集合している。」(Dictionar
y of Fiber & Textile Technology,1990 Hoechst Celan
ese)
The filaments obtained in this step are bundled into fiber bundles having one or more different finenesses. This bundling step may be performed before, during or after the coagulation / water washing step. A fiber composed of only one filament is called a monofilament fiber, and a fiber composed of a plurality of filaments is called a multifilament fiber.
A fiber tow is "a bundle of large continuous fibers that are not twisted clearly but are bundled loosely and formed into a rod shape, usually assembled by crimping." (Dictionar
y of Fiber & Textile Technology, 1990 Hoechst Celan
ese)

【0028】凝固・水洗された繊維は集められて公知の
方法により乾燥する。また、必要に応じて引っ張り弾性
率を上げる為に熱処理をする事ができる。紡糸油剤を付
与してもよい。
The fibers coagulated and washed with water are collected and dried by a known method. Further, if necessary, heat treatment can be performed to increase the tensile elastic modulus. A spinning oil may be added.

【0029】繊維を高速で製造することができる。紡糸
速度は凝固・水洗工程の出口での糸速度で定義する。糸
速度は少なくともおよそ75m/分が好ましい、より好
ましくはおよそ100m/分、更に好ましくはおよそ2
00m/分以上が良い。また、400m/分、600m
/分或はそれ以上の速度での紡糸も可能である。
The fibers can be produced at high speed. The spinning speed is defined by the yarn speed at the exit of the coagulation / water washing process. The yarn speed is preferably at least about 75 m / min, more preferably about 100 m / min, even more preferably about 2
00m / min or more is good. In addition, 400m / min, 600m
Spinning at speeds per minute or higher is also possible.

【0030】完成糸の単糸直径は好ましくは21μm以
下、より好ましくは19μm以下、さらに好ましくは1
5μm以下が良い。フイラメント直径および単糸デニー
ルの最小値は実用面での制約を受ける。各々のフイラメ
ントは通常、単糸直径の平均で8μmこの時の単糸繊度
は0.7dpfとすることができる。平均の引っ張り強
度は1.38GPa(200kpsi)以上が好まし
い、より好ましくは2.76GPa(400kpsi)
以上が好ましい、更に好ましくは4.14GPa(60
0kpsi)以上が好ましい、最も好ましくは5.48
GPa(800kpsi)以上が好ましい。熱処理後の
平均の引っ張り弾性率は241GPa(35mpsi)
以上が好ましい、より好ましくは290GPa(42m
psi)以上が好ましい。熱処理前の繊維の引っ張り弾
性率は通常、熱処理後の繊維よりも低い(およそ半
分)。
The single yarn diameter of the finished yarn is preferably 21 μm or less, more preferably 19 μm or less, and further preferably 1
5 μm or less is preferable. The filament diameter and the minimum value of single yarn denier are practically limited. The average filament diameter of each filament is 8 μm, and the filament fineness at this time can be 0.7 dpf. The average tensile strength is preferably 1.38 GPa (200 kpsi) or more, more preferably 2.76 GPa (400 kpsi).
The above is preferable, and more preferably 4.14 GPa (60
0 kpsi) or higher is preferred, most preferably 5.48
GPa (800 kpsi) or more is preferable. Average tensile modulus after heat treatment is 241 GPa (35 mpsi)
The above is preferable, and more preferably 290 GPa (42 m
psi) or higher is preferable. The tensile modulus of the fiber before heat treatment is usually lower (approximately half) than that of the fiber after heat treatment.

【0031】本発明では密集した多数のフイラメントを
同時に紡糸する際の安定性を向上させることができる。
本発明により、紡糸時の糸切れを効果的に最少化するこ
とができる。さらには繊維間の繊度斑も減少させること
ができる。
The present invention can improve the stability when spinning a large number of dense filaments at the same time.
According to the present invention, yarn breakage during spinning can be effectively minimized. Furthermore, the fineness unevenness between fibers can be reduced.

【0032】[0032]

【実施例】以下の実施例は説明だけの目的であり、これ
らにより本発明の明細書および特許請求の範囲の何れに
対しても制約を与えるものではない。断りがない場合に
は分量およびパーセンテージはすべて重量で示す。
The following examples are for purposes of illustration only, and are not limiting on either the specification or the claims of the present invention. All quantities and percentages are by weight unless otherwise noted.

【0033】実施例1〜4、比較例1〜7 極限粘度数30dl/gのシス−ポリベンツオキサゾー
ルポリマーを14重量%溶かしたポリ燐酸溶液を、表1
に示す条件で160℃に保たれた紡糸口金より押し出し
た。押し出されたフイラメントを室温のイオン交換水で
凝固させたこの糸を5個のローラーに導き水洗した。さ
らにエアー・ナイフで水を切った糸を一連の順次温度が
高くなるゴデットロールに通し乾燥を行った。表1に紡
糸状況、繊維の物理特性を示す。表から本発明の請求の
範囲条件から外れる場合には紡糸での糸切れが頻発して
いることが解る。表中では応力の単位がグラム/デニー
ル(g/d)で記されているが、kpsiに換算するに
は、1g/dに対して20.48を掛ければよい。
Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7 A polyphosphoric acid solution prepared by dissolving 14% by weight of a cis-polybenzoxazole polymer having an intrinsic viscosity of 30 dl / g is shown in Table 1.
It was extruded from the spinneret kept at 160 ° C. under the conditions shown in. The extruded filament was coagulated with ion-exchanged water at room temperature, and this yarn was introduced to 5 rollers and washed with water. Further, the yarn, which had been drained with an air knife, was passed through a series of godet rolls where the temperature was successively increased, and dried. Table 1 shows the spinning conditions and the physical properties of the fibers. From the table, it is understood that the yarn breakage during spinning frequently occurs when the condition of the invention falls outside the scope of the claims. In the table, the unit of stress is described in grams / denier (g / d), but in order to convert to kpsi, 1 g / d should be multiplied by 20.48.

【0034】[0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明によると細繊度でフィラメント権
の大きいポリベンザゾールマルチフィラメントを高速で
安定的に製造することを可能とした。
According to the present invention, a polybenzazole multifilament having a fineness and a large filament right can be stably produced at a high speed.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スチーブン ローゼンベルグ アメリカ合衆国 ミシガン州48640 ミッ ドランドローズマリー コート25 (72)発明者 アシシュ セン アメリカ合衆国 ミシガン州48642 ミッ ドランドバーニング ブッシュレイン 210 (72)発明者 チモシー エル フェリイ アメリカ合衆国 ミシガン州48640 ミッ ドランドウッドベリー コート 5803 (72)発明者 チー チュン チャウ アメリカ合衆国 ミシガン州48640 ミッ ドランドブルーバード ドライブ 4205 (72)発明者 ミヤナ セラーノ アメリカ合衆国 ミシガン州48640 ミッ ドランドナコマ ドライブ 605 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Stephen Rosenberg 48640 Midland Rosemary Court, Michigan, USA 25 (72) Inventor Ashishen 48642 Midland Burning Bushrain 210, Inventor Timothy L Ferry United States Michigan 48640 Midland Woodbury Court 5803 (72) Inventor Chi Chun Chau United States Michigan 48640 Midland Bluebird Drive 4205 (72) Inventor Miyana Serrano United States Michigan 48640 Midland Nacoma Drive 605

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶媒とポリベズオキサゾール、もしくは
ポリベンズチアゾールもしくはこれらの共重合ポリマー
であるポリベンザゾールポリマーからなる液晶性ドープ
から複数本のフイラメントを紡糸する繊維の製造方法に
おいて、次の工程から成る製造方法。(1) 孔密度が少な
くとも2.0孔/cm2 である紡糸口金の複数の孔から
100℃以上の温度で紡糸ドープを押し出し複数本のド
ープ・フイラメントを形成し、(2) このドープ・フイラ
メントをフイラメントを50−100℃の均一に冷却で
きる気流の条件とした気体エアギャップ中で延伸し、
(3) 延伸されたドープ・フイラメントを液体に接触させ
該フイラメントから脱溶媒する。
1. A method for producing a fiber in which a plurality of filaments are spun from a liquid crystalline dope composed of a solvent and polybenzoxazole, or polybenzthiazole or polybenzazole polymer which is a copolymer of these, A method of manufacturing. (1) A dope filament is formed by extruding a spinning dope at a temperature of 100 ° C. or higher from a plurality of holes of a spinneret having a hole density of at least 2.0 holes / cm 2 , (2) this dope filament The filament is stretched in a gas air gap under the conditions of an air flow capable of uniformly cooling the filament at 50-100 ° C,
(3) The stretched dope filament is brought into contact with a liquid to remove the solvent from the filament.
【請求項2】 特許請求の範囲第1項記載の製造方法で
造られた平均単繊維径がおよそ21μm以下であるポリ
ベンザゾール繊維。
2. A polybenzazole fiber having an average single fiber diameter of about 21 μm or less, which is produced by the production method according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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