説明

高強力複合繊維およびその製造方法

【課題】 製織性が良好で高強力を有し、かつ耐久性、耐熱性、耐摩耗性に優れた高品質な複合繊維を提供する。
【解決手段】 芯成分が溶融異方性芳香族ポリエステル(Aポリマー)からなり、鞘成分が屈曲性熱可塑性ポリマー(Bポリマー)、溶融異方性芳香族ポリエステル(Cポリマー)、および溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)からなる芯鞘型複合繊維。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は製織性が良好で高強力を有し、かつ耐久性、耐熱性、耐摩耗性に優れた複合繊維に関するものである。
【背景技術】
【0002】
溶融異方性芳香族ポリエステル繊維は、高強力高弾性率となることが知られているが、これらの繊維は、分子鎖が繊維軸方向に高度に配向しているため摩擦により容易にフィブリル化が発生するという問題があった。そこで、溶融異方性芳香族ポリエステルを芯成分、ポリフェニレンサルファイド(以下、PPSと略す)を鞘成分とする芯鞘型複合繊維を用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、芯成分が溶融異方性芳香族ポリエステル、鞘成分がポリフェニレンサルファイド(PPS)と溶融異方性芳香族ポリエステルのブレンドポリマーからなる複合繊維が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。さらには、鞘成分中の海成分にポリエチレンナフタレートを用いてなる芯鞘型複合繊維が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0003】
これらの芯鞘型複合繊維は、繊維強度を上げる、また鞘成分中の屈曲性熱可塑性ポリマーの配向結晶化を促進し、鞘の剥離や脱落等を防ぐ点から熱処理を行なうことが好ましく、熱処理の形態は、処理形状はカセ状、トウ状(例えば金属網等にのせて行う)、あるいは熱処理用のボビンに巻き、それらを熱処理することによるバッチ生産方式が取られている。しかし、熱処理温度が鞘成分の融点に近いことから糸の膠着による鞘剥がれなどの品質の低下が問題となっていた。
【0004】
【特許文献1】特開平1−229815号公報
【特許文献2】特開平5−230715号公報
【特許文献3】特開2002−013030号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱処理時に糸の膠着のない芯鞘型複合繊維を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者等は、かかる課題を解決するために鋭意検討した結果、鞘成分中に溶融異方性ポリエステルアミドをさらに含有させることにより、得られる芯鞘型複合繊維は熱処理による膠着が改善されることを見出し、本発明を完成させた。
【0007】
すなわち本発明は、芯成分が溶融異方性芳香族ポリエステル(Aポリマー)からなり、鞘成分が屈曲性熱可塑性ポリマー(Bポリマー)、溶融異方性芳香族ポリエステル(Cポリマー)、および溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)からなる芯鞘型複合繊維であり、好ましくは鞘成分中おける溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)の比率〔D/(B+C+D)〕が0.015〜0.3である上記の芯鞘型複合繊維である。
【0008】
さらに本発明は、好ましくは鞘成分比〔(B+C+D)/(A+B+C+D)〕が0.2〜0.7である上記の芯鞘型複合繊維であり、さらに好ましくは鞘成分中における溶融異方性芳香族ポリエステル(Cポリマー)の比率〔C/(B+C+D)〕が0〜0.3、かつ鞘成分中におけるCポリマーとDポリマーの合計比率〔(C+D)/(B+C+D)〕が0.03〜0.4である上記の芯鞘型複合繊維である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、製織性が良好で高強力を有し、かつ耐久性、耐熱性、耐摩耗性に優れた複合繊維を高品質で提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明の芯鞘型複合繊維は例えば図1に示すように、芯成分が溶融異方性芳香族ポリエステル(Aポリマー)からなり、鞘成分が屈曲性熱可塑性ポリマー(Bポリマー)、溶融異方性芳香族ポリエステル(Cポリマー)、および溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)からなる芯鞘型複合繊維であることが重要である。
本発明の芯鞘型複合繊維の芯成分に用いられる溶融異方性芳香族ポリエステル(Aポリマー)とは、溶融相において光学異方性(液晶性)を示すポリマーであり、例えば試料をホットステージにのせ、窒素雰囲気下で昇温加熱し、試料の透過光を観察することにより認定できる。本発明の溶融液晶ポリマーは、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から誘導される反復構成単位を有するものであるが、例えば下記化1及び化2の(1)〜(11)に示す繰り返し構成単位の組合せからなるポリマーが挙げられる。
【0011】
【化1】

【0012】
【化2】

【0013】
上記の溶融異方性芳香族ポリエステルにおいて、より好ましくは化1および化2に示される反復構成単位の組合せのうち、(5)、(8)、(9)からなるポリマーであり、さらに好ましくは、(5)に相当するポリマーであって、下記化3の(B)の成分が4〜45モル%である芳香族ポリエステルである。
【0014】
【化3】

【0015】
本発明の繊維で用いられる溶融異方性芳香族ポリエステルは好ましくは250〜350℃、より好ましくは260〜320℃の融点を有するポリマーである。ここでいう融点とは、JIS K7121に準拠した試験方法により測定されるものであり、示差走査熱量計(DSC:例えばMettler社製「TA3000」)で観察される主吸熱ピークのピーク温度である。
本発明の溶融異方性芳香族ポリエステルに、本発明の効果を損なわない範囲内で、ポリエチレンテレフタレート、変性ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリアミド、PPS、ポリエステルエーテルケトン、フッ素樹脂等の熱可塑性ポリマーを添加してもよい。また酸化チタンやカオリン、シリカ、酸化バリウム等の無機物、カーボンブラック、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、各種添加剤を添加してもよい。
【0016】
本発明の芯鞘複合繊維において、鞘成分中のBポリマーは屈曲性熱可塑性ポリマーを用いることが必要である。耐屈曲性熱可塑性ポリマーとしては、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、ポリカーボネート、PPS、ポリエステルエーテルケトン、フッ素樹脂等が挙げられ、この中でもポリエチレンナフタレート(以下、PENと略す)であることが好ましい。屈曲性熱可塑性高分子を海成分として用いることにより、耐フィブリル性、耐摩耗性は大きく改善される。なお、本発明にいう屈曲性高分子とは、主鎖上に芳香環を有さないポリマー、あるいは主鎖上に芳香環を有し、かつ芳香環間の主鎖上に原子が4個以上存在するポリマーをいう。
また本発明の効果を損なわない範囲で、用いるポリマー以外の屈曲性熱可塑性ポリマー(例えば、ポリエチレンテレフタレート、変性ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリアミド、PPS、ポリエーテルエステルケトン、フッ素樹脂など)を添加してもよい。また、酸化チタン、シリカ、酸化バリウムなどの無機物、カーボンブラック、染料や顔料などの着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、造核剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。
【0017】
鞘成分中の溶融異方性芳香族ポリエステル(Cポリマー)は、Aポリマーと同様の溶融異方性芳香族ポリエステルを用いることが必要である。AポリマーとCポリマーは同種であっても異種であってもよく、Bポリマーの融点MP+80℃以下、MP−10℃以上のポリマーであることが特に好ましい。さらにCポリマーの溶融粘度ηが10〜60Pa・sであることが好ましく、20〜50Pa・sであることがさらに好ましい。Cポリマーの溶融粘度ηが10Pa・s未満のものは工業上生産困難であり、一方60Pa・sを超えると紡糸性が劣り、線径変動が大きくなる傾向が顕著となり、要求品質を満たすことが困難となる。
なお、本発明にいう溶融粘度ηとは、温度T(融点MPが290℃以上ではT=MP+10℃、それ以下では300℃)、せん断速度1000sec−1で測定した溶融粘度である。
【0018】
鞘成分中におけるCポリマーの配合比〔C/(B+C+D)〕は、0〜0.3であることが好ましい。0.3を超えると紡糸性が劣り、線径変動が大きくなる傾向が顕著となり要求品質を満たすことが困難となる場合がある。また、Cポリマーは、後述の溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)と比較して、強度を発現させやすい傾向にあるため、鞘成分中におけるCポリマーの配合比が0.05以上であることが鞘強度の向上という点で好ましい。
【0019】
本発明の芯鞘型複合繊維において、鞘成分比は0.2〜0.7であることが好ましく、より好ましくは0.2〜0.65、さらに好ましくは0.3〜0.6である。鞘成分が0.2未満では芯が露出しやすくフィブリル化が生じやすい。一方、0.7を越えると強力の点で不十分となる。
なお、本発明にいう鞘成分比とは複合繊維の断面積比〔(B+C+D)/(A+B+C+D)〕を示す。断面積比は、繊維断面の顕微鏡写真から求められるが、製造時の芯成分と鞘成分の吐出量の体積比により求めることもできる。
【0020】
本発明で用いる複合繊維は、公知の方法、例えば図2に示される構造のノズルから紡糸することができる。本発明の芯鞘型複合繊維の断面形状は円形であることが好ましいが、偏芯芯鞘型や多芯芯鞘型であっても何等かまわない。
【0021】
本発明の複合繊維は紡糸しただけで十分な強度は有しているものの、鞘成分中の海成分に用いる屈曲性熱可塑性ポリマーの種類によってはさらに熱処理等を行って強度を向上させる必要が生じる。例えば、鞘成分中の海成分に用いる屈曲性熱可塑性ポリマーとしてPENを用いた場合、鞘成分中のPENの重合度が低く、延伸されていない(配向結晶化されていない)ため脆く、鞘の剥離や脱落等が生じやすい。また紡糸しただけで鞘成分に十分な強度を付与できると考えられる高重合度PENは、曳糸性が無く事実上紡糸不可能である。そのため得られた繊維を窒素等の不活性ガス雰囲気下や、空気のごとき酸素含有の活性ガス雰囲気中又は減圧下で熱処理を行なうことで固相重合し、鞘成分中のPENの配向結晶化度を高めることにより上記の問題を解決している。
【0022】
熱処理を行なう場合、熱処理雰囲気は露点が−80℃以下の低湿気体が好ましい。好ましい熱処理条件としては、芯成分の融点−40℃以下から鞘成分の融点以下まで順次昇温していく温度パターンが挙げられる。
熱の供給は、気体の媒体を用いる方法、加熱板、赤外線ヒーター等により輻射を利用する方法、高周波等を利用した内部加熱方法等がある。処理形状はカセ状、トウ状(例えば金属網等にのせて行う)、熱処理用ボビンに紡糸原糸を巻き返すことによるバッチ生産が好ましい。
【0023】
本発明の芯鞘型複合繊維の構成において最も重要な点は、鞘成分中に溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)を含むことである。
従来は熱処理を行った場合、熱処理温度が鞘成分の融点に近いことから糸の膠着による鞘剥がれなどが生じ、これらによる品質低下が問題となっていた。この問題の解決策として、無機微粒子を繊維の表面に均一に付着させることが挙げられるが、芯鞘複合繊維の用途の一つであるスクリーン紗として使用した場合など、無機微粒子がガイドに付着し、一定期間で掃除しなければならず、工程通過性に問題があった。
そこで、かかる課題を解決するために鋭意検討した結果、鞘成分中に溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)を鞘成分中に含むことで、膠着を回避し、かつ上記のような無機微粒子を用いる際の工程通過性の問題を解決することが可能になった。
【0024】
鞘成分におけるDポリマーの配合比率〔D/(B+C+D)〕は、0.015〜0.3であることが好ましい。0.015未満では上記問題を解決するには至らない場合がある。一方、0.3を超えると紡糸性が劣り、線径変動が大きくなる傾向が顕著となり要求品質を満たすことが困難となる場合がある。より好ましくは0.02〜0.25、さらに好ましくは0.03〜0.2である。
【0025】
また、鞘成分中におけるCポリマーとDポリマーの合計比率〔(C+D)/(B+C+D)〕が0.03〜0.4であることが好ましい。0.4を超えると紡糸性が劣り、線径変動が大きくなる傾向が顕著となり要求品質を満たすことが困難となる。一方、0.03未満であると、芯鞘の接着力不足のため鞘剥がれが生じやすくなる。より好ましくは0.05〜0.35、さらに好ましくは0.1〜0.3である。
【0026】
溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)とは、例えば特開昭57−172921号公報に開示されているが、具体的には、下記の繰り返し構造単位I、II、III、および任意にIVから実質的になり、約10〜90モル%の部分I、約5〜45モル%の部分II、約5〜45%の部分III、および約0〜40モル%の部分IVから構成される、約350℃以下の温度で溶融し、かつ異方性を形成しうるポリエステルアミドを言う。
【0027】
【化4】

【0028】
【化5】

【0029】
【化6】

【0030】
【化7】

【0031】
ただし上記の環類に存在する水素原子の少なくとも若干は、1〜4個の炭素原子のアルキル基、1〜4個の炭素原子のアルコキシル基、ハロゲン、フェニル、およびその混合物からなる群から選ばれた置換基によって任意に置換されていてもよい。
【0032】
より好ましくは、下記(L)/(M)/(N)の構成比(モル比)が60/20/20のものがよい。詳しい原因は明らかではないが、鞘成分中に溶融異方性ポリエステルアミドを導入することで、屈曲性熱可塑性ポリマーの溶融開始温度もしくは昇温過程での糸の伸縮挙動が変わり、膠着が回避できたものと推測している。
【0033】
【化8】

【0034】
本発明の、芯成分が溶融異方性芳香族ポリエステル、鞘成分が屈曲性熱可塑性ポリマー、溶融異方性芳香族ポリエステルおよび溶融異方性ポリエステルアミドのブレンドポリマーからなる芯鞘型複合繊維は、高強力、高弾性率、寸法安定性、耐摩耗性等の性能を兼備するという特長を有する。
【0035】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。なお本実施例中の測定値は以下の方法で測定したものである。
【0036】
[溶融粘度η]
温度T(融点MPが290℃以上ではT=MP+10℃、それ以下では300℃)、せん断速度1000sec−1の条件で東洋精機キャピログラフ1B型を用いて測定した。
【0037】
[対数粘度ηinh
試料をペンタフルオロフェノールに0.1質量%溶解し(60〜80℃)、60℃の恒温槽中でウーベローデ型粘度計を用いて相対粘度(ηrel)を測定し、ηinh=ln(ηrel)/cにより算出した。なおcはポリマー濃度(g/dl)である。
【0038】
[固有粘度]
試料をP−クロロフェノール:1,1,2,2−テトラクロロエタン=3:1で溶解し、30℃で定法に従い測定した。
【0039】
[強度 cN/dtex 伸度 %]
JIS L 1013に準じ、試長50cm、初荷重0.1g/d、引張速度50cm/minの条件で破断強度および破断伸度を求め、5点以上の平均値を採用した。
【0040】
[耐摩耗性]
大英科学機器社製の抱合力試験機を用いて、製織機の筬(厚み57μ、SUS製)を試験機の往復運動に対して45度の角度になるように取り付けた。
次に測定試料として、熱処理後、激しい膠着の起きていない、長さ30cmの糸を用いた。そして、試料1本当たり1cN/dtexの荷重をかけた糸を筬により30度屈曲させ、2回/秒の速度で往復運動させ、筬の刃で糸の摩耗を行なった。その際に、糸が切断するまでに要した摩耗の回数を測定し、5本の測定結果の平均をとった。
【0041】
[糸の解舒性評価A]
熱処理を行なった糸に対して、30秒間エアーサッカーを用いて1000m/分の速度で吸引解舒し、糸同士の膠着により糸の吸引解舒が停止した回数をカウントした。吸引解舒が停止し、糸の膠着を解く時間は、上記の30秒には含めていない。30秒間で吸引解舒が1回以下で糸の解舒性がよいとされる。
【0042】
[糸の解舒性評価B]
熱処理を行なった糸に対して、200m/分の速度で巻取時の張力を30分間デジタル張力計(シュミット社製)で測定した。
【0043】
[実施例1]
芯成分のAポリマーには、前記化3で示した構成単位(A)と(B)が73/27モル%である溶融異方性芳香族ポリエステル(MP=282℃、η=42.6Pa・s、ηinh=4.37dl/g)を用いた。鞘成分としては、BポリマーとしてPEN([η]=0.62、η=300Pa・s)、Cポリマーとして上記Aポリマーと同様の溶融異方性芳香族ポリエステルを用い、さらに、Dポリマーとして前記化8で示した構成単位(L)と(M)と(N)が60/20/20(モル比)である溶融異方性ポリエステルアミド(MP=266℃、η=75.6Pa・s)をそれぞれ80/20/2(質量比)となるようにブレンドした。芯成分と鞘成分を別々の押出し機より溶融し、鞘成分比が0.35になるように、図2の構造を有する口金より紡糸温度305℃、巻取り速度1300m/分で紡糸し、6.8dtexのモノフィラメントを得た。その後、熱処理は段階的に処理温度を上げ、最高温度を260℃とし、窒素ガス雰囲気中で18時間行なった。糸の解舒性評価Aの測定では、30秒間で1回吸引が停止した。また、糸の解舒性評価Bについては、最高張力は0.15cN、平均張力は0.06cNであり、断糸なく測定を完了した。糸の解舒性は良好であった。全ての実験結果を表1に示す。
【0044】
[実施例2]
Aポリマーには、実施例1と同一の溶融異方性芳香族ポリエステルを用いた。鞘成分としては、実施例1と同一のBポリマー、Cポリマー、Dポリマーをそれぞれ80/20/5(質量比)となるようにブレンドした。紡糸方法、熱処理方法は実施例1と同一とした。糸の解舒性は良好であった。
【0045】
[実施例3]
Aポリマーには、実施例1と同一の溶融異方性芳香族ポリエステルを用いた。鞘成分としては、実施例1と同一のBポリマー、Dポリマーをそれぞれ80/20(質量比)となるようにブレンドした。紡糸方法、熱処理方法は実施例1と同一とした。糸の解舒性は良好であった。
【0046】
[実施例4]
Aポリマーには、実施例1と同一の溶融異方性芳香族ポリエステルを用いた。鞘成分としては、実施例1と同一のBポリマー、Dポリマーをそれぞれ95/5(質量比)となるようにブレンドした。紡糸方法、熱処理方法は実施例1と同一とした。糸の解舒性は良好であった。
【0047】
[比較例1]
Aポリマーには、実施例1と同一の溶融異方性芳香族ポリエステルを用いた。鞘成分としては、実施例1と同一のBポリマー、Cポリマーを、それぞれ80/20(質量比)となるようにブレンドした。紡糸方法、熱処理方法は実施例1と同一とした。糸の解舒性評価Aでは3回吸引停止し、糸の解舒性評価Bでは、測定中に膠着による断糸が発生した。
【0048】
[比較例2]
Aポリマーには、実施例1と同一の溶融異方性芳香族ポリエステルを用いた。鞘成分としては、実施例1と同一のBポリマー、Cポリマーを、それぞれ80/25(質量比)となるようにブレンドした。紡糸方法、熱処理方法は実施例1と同一とした。糸の解舒性評価Aでは2回吸引停止し、糸の解舒性評価Bでは、測定中に膠着による断糸が発生した。
【0049】
[比較例3]
Aポリマーには、実施例1と同一の溶融異方性芳香族ポリエステルを用いた。鞘成分としては、Bポリマーとして実施例1と同一のPEN、さらに、下記化9に示す構成成分(T)と(U)が80/20(モル比)である溶融異方性ポリエステル(MP=276℃、η=23.8Pa・s)を、80/20(質量比)となるようにブレンドした。紡糸方法、熱処理方法は実施例1と同一とした。糸の解舒性評価Aでは7回吸引停止し、糸の解舒性評価Bでは、測定中に膠着による断糸が発生し、その後断糸が多発し、測定が不可能であった。
【0050】
【化9】

【0051】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0052】
本発明の複合繊維は製織性が良好で高強力を有し、かつ耐久性、耐熱性、耐摩耗性に優れたものとなる。その利用分野はスクリーン紗、フィルター、プリント基板用基布、メッシュ状搬送ベルト、抄紙用ベルト、ドライヤーカンバスなどに活用される。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明の芯鞘型複合繊維の断面の一例を示す模式図。
【図2】本発明の芯鞘型複合繊維を紡糸するために用いられるノズルの構造を示す模式図。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
芯成分が溶融異方性芳香族ポリエステル(Aポリマー)からなり、鞘成分が屈曲性熱可塑性ポリマー(Bポリマー)、溶融異方性芳香族ポリエステル(Cポリマー)、および溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)からなる芯鞘型複合繊維。
【請求項2】
鞘成分中おける溶融異方性ポリエステルアミド(Dポリマー)の比率〔D/(B+C+D)〕が0.015〜0.3である請求項1記載の芯鞘型複合繊維。
【請求項3】
鞘成分比〔(B+C+D)/(A+B+C+D)〕が0.2〜0.7である請求項1または2記載の芯鞘型複合繊維。
【請求項4】
鞘成分中における溶融異方性芳香族ポリエステル(Cポリマー)の比率〔C/(B+C+D)〕が0〜0.3、かつ鞘成分中におけるCポリマーとDポリマーの合計比率〔(C+D)/(B+C+D)〕が0.03〜0.4である請求項1〜3のいずれかに記載の芯鞘型複合繊維。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2009−74194(P2009−74194A)
【公開日】平成21年4月9日(2009.4.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−243184(P2007−243184)
【出願日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【出願人】(000001085)株式会社クラレ (1,607)
【Fターム(参考)】