JPS6241341A - ゲル繊維の高速延伸方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、超高分子量重合体を溶液紡糸して得られｔゲ
ル繊維を高速で高倍率延伸することによって高強力繊維
を得る延伸方法に関する。

（従来の技術） ゲル伏繊維を延伸して高強力繊維を得る方法については
特開昭５６−１５４０８号公報に超高分子量ポリエチレ
ンの例が、特開昭５８−５２２８号公報に超高分子量ポ
リエチレン、ポリプロピレンなト超高分子量ポリオレフ
ィンの例が示されておυ、更に特開昭５９−１３０３１
４号公報には超高分子量ポリビニルアルコ−μの例が示
されている。

一般に超高分子量重合体の溶液を紡糸して得られるゲル
状繊維を延伸して高強力繊維を得るためには少なくとも
１０倍以上の延伸倍率で延伸する必要があυ１例えば前
記特開昭５６−１５４０８号公報の実施例ではポリエチ
レンのゲル繊維カラ８０ＧＰｓｉ以上の篭ジュラスを有
する繊維を得ようとすれば２７倍の延伸倍率が必要とな
る。

一方、ゲル状繊維はその構造上空隙率が高く５ないし１
０倍程度の延伸倍率迄は容易に延伸ができるが、それ以
上になると空隙率が低くなり分子鎖が長いため高速延伸
が困難となる。例えば、一般に合成繊維の延伸に慣用さ
れている５ｍ以下の長さの延伸ゾーンで２５倍の延伸を
行なおうとする場合５ｍ１分以下の延伸速度であれば断
糸なく延伸が可能であるが、延伸速度が１０ｍ／分を越
えると、頻繁に断糸が生じ工業的生産は不可能である。

ここで延伸速度とは最終の延伸ローラの速度を言う。ち
なみに前記特開昭５８−５２２８号公報の実施例では延
伸速度０．９　ＷＥ　／分という超低速で延伸する例が
述べられている。しかし、工業的生産を考える場合、こ
のような低速では生産性が低く、生産コストが高くなる
ことを免れなかっｔｏ（発明が解決しようとする問題点
） 前記に見られる如く、＃：来技術では、ゲＩｖ繊維を延
伸して高強力繊維を製造する際、極めて低速度で延伸し
なければならなかつ九。

ま几、ゲル繊維を延伸して高強力繊維を製造する際、前
記の如〈従来技術では、延伸速度を１０ｍ／分以上にす
ると頻繁に断糸が生じ、延伸速度１０ｍ／分以上での安
定的な工業生産は極めて困難であつ九。

ｔｆｔ−１工業的生産を考える場合、延伸速度が低い場
合、当然のことながら生産性が低下し、生産コストが高
くなることを免れなかつ几。

本発明はゲル状繊維を延伸して高強力繊維を製造する際
の前記従来技術の様に低速で延伸しなければならなかつ
次欠点を解消し、ゲル状繊維を従来技術では到底達成す
る事ができない高速で断糸することなく安定的に延伸し
、非常にコストパフォーマンスに浸れ比高強力繊維ｔ−
提供せんとするものである。

（問題点を解決する几めの手段） 前記問題点を解決する九めの手段、即ち１本発明は、超
高分子量重合体を溶液紡糸して得られ几ゲル繊維を、該
ゲル繊維の溶断温度以下で加熱延伸するに際し、下記（
１）〜（３）の条件をいずれも満足するように延伸する
ことを特徴とするゲル繊維の高速延伸方法である。

■≧０．４Ｌ＋１０　　　　　・・・・・・・・・・・
・・・・（１）Ｖ≦４２０ｋｌＬ　−６００・・・・・
・・・・・・・・・・（２）λ≧１０　　　　　　　・
・・・・・・・曲・・・（３）但し、ｖ：最終延伸ロー
ラー速度〔ｍ／分〕Ｌ：全延伸ゾーン長　　　（ｍ〕 λ：全延伸倍率　　　　　〔倍〕 本発明に用いるゲル繊維は１選択された溶剤に。

繊維に転化される合成重合体を溶解し次可紡性原料液を
紡糸することによって得られる。

溶剤の選択に当っては次の基本的要件を満尺すものを選
ぶ必要がある。即ち該溶剤は超高分子量ポリマーの加工
を助ける几めに単一の低分子量化合物ま几は低分子量化
合物の混合物が用いられ、この化合物は高温下でのみ超
高分子量ポリマーを溶解状暢にするものを選択せねばな
らない。しかしながらこの溶解温度は超高分子量ポリマ
ーの分解温度より低くなくてはならない。従って低温度
。

例えば室温ではこの低分子量化合物ま尺はこれらの混合
物は超高分子量ポリマーに対して非溶剤であらねばなら
ない。

かかる基本的要件を満九す溶剤であれば何でも良く特に
限定されるものではない。

ゲル繊維の製糸に際し、目的とする高強力繊維を得る几
めには繊維に転化される合成重合体としては、ポリオレ
フィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリロニト
リル、ポリ（フッ化ビニリデン）Ｓポリビニルアルコー
ルがあり、これラノ超高分子量重合体等が挙げられるが
もちろんこれらに限定されるものではない。

前記する超高分子量重合体の中で、特に粘度平均分子量
がｌＸ１０６以上、好ましくは＆ｌＸ１０６以上の超高
分子量ポリエチレンを、繊維転化用の合成重合体として
使用し、本発明を実施することによって極めて高強力繊
維が得られることｉＥ本発明者らによって判明している
。

溶液紡糸法から得られるゲル繊維は一般的なスクリュー
型押出機を備え九溶融紡糸装置を用い几溶融紡糸法や公
知の乾式紡糸法で容易に製造することができる。

本発明に用いるゲル繊維は１例えば紡糸工程で短かい延
伸ゾーン長で２〜１０倍程度程度しｔ“ゲル半延伸糸１
も含まれるものである。

本発明は、前記のゲル繊維を出発原料として延伸するに
際し１次の（１）〜（３）の条件をいずれも満足するこ
とが重要である。

■≧０．４　Ｌ　＋　１０　　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・（１）Ｖ≦４２０−Ｌ−６００　　　・
・・・・・・・・・・・・・・（２）λ≧１０　　　　
　　　・・・・・・・・・・・・・・・（３）但し、ｖ
：最終延伸ローラー〔ｍ／分〕Ｌ：全延伸ゾーン長　（
ｍ〕 λ：全延伸倍率　　　〔倍〕 本発明で言う延伸速度とは％最終延伸ローラー速度を意
味し、ｔｔ全延伸ゾーン長とは、ゲル繊維を延伸ゾーン
の供給ローラーに供して、最終延伸物を得る迄に必要と
する延伸ゾーンの長さの合計を言うものである。

延伸ゾーンは、供給ローラーと延伸ローラーとの間に、
加熱帯が配設されており、ここで加熱帯は、加熱の手段
が、特に限定されるものではなく。

空気加熱炉による加熱帯であってもよいし、加熱水浴あ
るいは加熱プレートであってもよく、取扱うゲル繊維を
形成する高分子量重合体の種類に応じて適宜選択するこ
とができる。

本発明の４伸方法の実施に際し、延伸段、延伸ゾーンの
温度等について特に限定するものではなくゲル繊維の紡
糸巻取シと連続的に或いは不連続に１段階で延伸する方
法、を九は延伸ゾーンを数段階に分けて連続的に或いは
不連続に多段で延伸する方法、さらには１つの延伸ゾー
ンに数段の温度勾配を設けて、各温度勾配ゾーンを通し
て延伸する方法等適宜選択することができる。

本発明者らは前記記載の様な延伸速度の低さを改善する
友め鋭意検討を行なつｔところ１延伸ゾーン長を長くす
ればする程、延伸速度が上げられる事を見出し友。後に
実施例として詳しく記述するが、例えば１００ｍの延伸
ゾーン長の場合、延伸速度は１７５７７１／ｍという様
な従来法では到底達成不可能であり比速度で延伸が可能
となり九◎この理由は詳しくはわからないが、延伸ゾー
ン長が長くなつ九亭で見かけの変形速度が低下しｔ事が
考えられる。その几め、延伸ゾーンを長くすればかえっ
て低速で延伸し几場合、糸の張力が低下し、同じ延伸倍
率でも低い強力しか得られない事が判明し友。以上の点
を考慮に入れ、検討しｔ所前記（１）ないしく３）式ｆ
滴定す時もつとも延伸速度が効率よく上げられ、しかも
高い強度の繊維が得られる事を見出し本発明に到達し九
。

以下（１）〜（３）式の説明を行なう。一般に超高分子
量重合体の溶液を紡糸して得られるゲル繊維を延伸して
高強力繊維を得るｔめには（３）式の様に少なくとも１
０倍以上、好ましくは２０倍以上、さらに好ましくは２
５倍以上延伸する必要がある。

この延伸倍率の延伸糸を物性を低下させる事なく経済的
でしかも安定に得る几めに（１）及び（２）式を眞足す
る必要があるＯすなわち（１）式をはずれると生産性が
悪くしかも糸の張力が低下し、同じ延伸倍率でも望む様
な高強力の繊維を得る事ができない口この理由は詳しく
はわからないが、糸の変形速度が非常に低下し分子の配
向緩和が起っているのではないかと考えられる。すなわ
ち（１）式は安定延伸の几めの下限速Ｋｔ−示している
。を九（２３式を越えると延伸中に断糸が発生し、安定
な延伸が行なえない。すなわち（２）式は、安定延伸の
上限速度を示し友ものである。実際さらに好ましくは、
下記（４）式 ％式％（４） の範囲の時にさらに艮好な延伸性を得ることができる。

本発明では上記記載の方法に加え、紡出され九ゲル繊維
に吸蔵している溶剤以外の溶剤で、該ゲル繊維に吸蔵し
ている溶剤と親和性があり且つ沸点が低い溶剤中にゲル
繊維を連続的に浸漬し溶剤置換した後、延伸ゾーンへ供
給する手段、あるいは紡出して得られ几ゲル繊維を延伸
ゾーンへ供給するに際し、供給ローブを４０℃ないしゲ
ル繊維の融点以下に加熱し、実賞的に該ゲル繊維を上記
供給ローブ温度に加熱後、延伸ゾーンへ供給すると、さ
らに優れｔ延伸性が得られる事も判明している。

この理由として詳しくはわからないが、前述のごとくゲ
ル繊維中に残留し几溶諜がより効率よく積極的に他の溶
剤に置換され九ｔめ繊維の空隙率が有効に高められ７を
九めと考えられるし、あるいは延伸ゾーンでの加熱効率
が向上し７ｊ７ｔめとも考えられる。

ここに言う、ゲル繊維に吸蔵している溶剤以外の溶剤で
、該ゲル繊維に吸蔵している溶剤と親和性があり、該ゲ
ル状繊維に吸蔵している溶剤より低沸点のものを言う。

かかる低沸点の溶剤とは、取扱う高分子量重合体の種類
によって適宜選択されるものであるが例えば、ゲル繊維
がポリエチレンよりなる場合で溶媒がデカヒドロナフタ
レンの場合、置換溶媒としてエタノール、溶媒がテトラ
ヒドロナフタレンの場合、置換溶Ｗとしてアセトン及び
トルエン、溶媒がパラフィンの場合、置換溶媒としてヘ
キサン及びトリクロロトリフルオロエタン等の例が挙げ
られる。

マ九、ゲ／Ｉ’！維がポリビニルアルコール！！ｌ’ｅ
る場合で溶媒がエチレングリコールの場合、　＠換溶媒
としてメタノール等の例が挙げられる。

ゲル繊維の加熱効率は単糸の繊度により左右される事が
考えられるが１本発明では最終延伸後の単糸の繊度は、
０．５ないし２０デニール、好ましくは０．７ないし１
０デニールの時、もつとも優れ次効果が確認されている
。

（作　用〕 本発明者等はゲル状繊維の延伸を高速で行なう方法につ
いて検討し九結果、延伸ゾーン長が長ければ長い程、延
伸速度が上げられる事を見出し友。

この理由は延伸ゾーン長が大きくなる事により見かけの
変形速度が低下する事の他に、具体的には良くわからな
いが、加熱時間が長くなつｔ亭で繊維中残留してい友溶
媒が適度に、かつ逐時蒸発あるいは析出し、繊維の空隙
率を高める九めではないかと考えられる。

（実施例） 以下、実施例により本発明を説明する。

〈実施例１〉 実験ム１〜１９ 粘度平均分子量１９０万のポリエチレンを１０重量係と
溶剤としてデカヒドロナフタレンを９０重量−の割合で
調製し次混合物ｔ−１３０℃で溶解後、同温度で孔径が
０．５１１１の紡糸口金を用い室温空気中に溶液紡糸し
次。紡出糸条は、５ｍ／分ないし１０ｍ／分の速度で引
きとる引き取りローラに到るまでに室温空気により冷却
されゲル状繊維を形成し巻き取つ九。この様にして一几
ん巻き取られ九ゲル繊維ｔ−砥伸ゾーン供給ローラーへ
供給し、１６０℃の空気加熱炉を用いて１段階で第１表
に示した延伸倍率で延伸し最終延伸物を得九。

この時の全延伸ゾーン長（Ｌ）、全延伸倍率（り及び得
られた延伸糸の糸強度、延伸性を第１表に示す。ここで
延伸性とは連続延伸時の断糸状況を表わすものであり、
具体的には完成し次延伸糸１００．０００ｍあ友りの断
糸回数１回未満を艮姥■。

同じく１回以上５回未満をやや良好（Δ）さらに５回以
上を不良（×）で示し次。

第　　　１　　　　表 第１表における実験Ａ４〜１３が本発明例である。場合
によっては若干断糸が発現するものもあるが延伸性はお
おむね良好であり満足すべき物性を存している。尚比較
例である実験ＡＩおよび２では、必要とする延伸倍率を
亮速で得る事がで自ず、実験颯３および１４〜１７では
頻繁に断糸が発生し、安定し几延伸を行なう事はできな
かつ友口ま九実験煮１８および１９では必要とする延伸
倍率は得られるものの延伸され几繊維の強度は低く満足
する物性には到らなかつ友。・ 実験黒２０〜２４ 実験属１〜１９と同一のポリマーを用い、実験＆１〜１
９と同一紡糸条件で溶液紡糸して、ゲル繊維を得ｔ０ 得られ危ゲル繊維を１度巻き取ってから（断続的に）第
２表に示す延伸条件および延伸ゾーンの供給ローラーに
供給する前にエタノールに浸漬し溶剤置換処理を行なっ
た以外は、実験煮１〜工９と同一延伸条件で延伸し友。

得られた延伸系の糸強度、延伸性を第２表に示す。

第２表 第２表から明らかなように本例で得られた延伸糸は前記
実験ム４〜１３の本発明例で得られ友延伸糸に比べて、
実験＆２０〜２１にあっては同一延伸条件であっても延
伸性が優れ且り引張強度が向上していることが判る。

ま九実験＆２２〜２４にあっては、延伸ゾーン長、延伸
速度が同一の場合であっても延伸性良好にして延伸倍率
が向上し、且つ、引張強度が向上していることが判る。

実験黒２５〜２９ 実験魔１〜１９と同一のポリマーを用い、実験五１〜１
９と同一紡糸条件で溶液紡糸して、ゲル繊維を得友。

得られｔゲル繊維を第３表に示す延伸条件および供給す
るゲル繊維を延伸ゾーンの加熱供給ローラー上で約８０
℃に加熱した以外は、実験厘１〜１９と同一延伸条件で
延伸しｔ０得られｔ延伸糸の糸強度、延伸！ｌ：を第３
表に示す。

第　　　　３　　　　表 第３表から明らかなように本例で得られた延伸系は面記
実験惠４〜１３の本発明例で得られた延伸糸に比べて、
実験ム２５〜２６にあっては、同一延伸条件であっても
引張強度が向上していることが判る。

ま九、実験黒２７〜２９にあっては延伸ゾーン長、延伸
速度が同一の場合であっても、延伸性良好にして延伸倍
率が同等乃至は向上し、且り引張強度が向上しているこ
とが判る。

〈実施例２〉 重量平均分子量が約２１０万のアイソタクテイツクボリ
プロビレンを１０重ｉｔｓ、オルトジクロルベンゼンを
９０重量％の混合物を１４０℃で溶解し、同温度で溶液
紡糸を行ない、ゲル繊維を得次。引き取りスピードは８
ｍ１分であり友。続いて連続的に該ゲ／Ｌ’＊維を１７
０℃の加熱空気炉にて、１段目が延伸倍率８倍で−ｔん
巻きとり、続いて１７５℃の温度にて３．５倍の合計２
８倍にローラー間延伸し九。尚この時の延伸ゾーン長は
２５０ｍ％最終の延伸スピードは２２０ｍ／分でちゃ、
結果として、延伸はきわめて良好であり得られ友延伸繊
維の強度も平均して１９ｆ／ｄという値が得られ窺。

〈実施例３〉 重量平均分子量が約１３０万のポリビニルアルコールを
８重量％、溶剤として９２重量％ノエチレングリコー〃
の混合物を１７０℃で溶解、同温度で５９１７分の巻き
取り速度で溶液紡出後−ｔん巻きと９．ひきつづいてメ
タノールを用いて溶剤を置換し、その後２００℃の加熱
空気炉で１段で２５倍にローラー間延伸し友。尚この際
の延伸ゾーン長は１５０ｍ、延伸のスピードは１２５Ｆ
！／分であり、きわめて良好に延伸が行なえ九。ま几得
られ几繊維の強度も平均して１８ｆ／ｄと優れ几もので
６つ几。

〈実施例４〉 アクリロニドすＡ／を水中懸濁重合して得られ次重量平
均分子量が約１３０万のポリアクリロニトリ／Ｉ／８重
量％とＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミド７６重ｌ１ｌｔｓ
トペンジルアルコー／Ｉ／１６重量俤の混合物′に１２
８℃で溶解し次。同温度で溶液紡糸後、５ｍ／分の引き
とりローラに到達するまでに冷却してゲル繊維を得九。

得られたゲル繊維を５０ｍのゾーン長を持つ１００℃の
製水中で８倍に連続的にローラー間延伸しｔ後、ひき続
いて１００ｍのゾーン長を持つ１７０℃の加熱空気炉で
３．５倍にローラー間延伸して、延伸糸を得ｔ０すなわ
ち合計の延伸ゾーン長１５０　”　ｈ最終の延伸速度１
４０ｍ／分で、断糸なく良好に延伸を行なう事ができた
。ま几、得られた繊維の強度も平均して１２９／ｄとい
う値が得られ次。

（発明の効果） 前記実施例から明らかなように１本発明は、超高分子量
重合体を溶液紡糸して得られるゲル繊維を延伸して高強
力繊維を得るに際し、従来技術では到達することができ
なかった羅速度で且つ、断糸することなく安定的に延伸
が可能な延伸方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例で得九結果をグラフ化して示す図である
。尚、グラフ中の数字は実施例の実験ムを示し、斜線部
は本発明の範囲を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）超高分子量重合体を溶液紡糸して得られたゲル繊
   維を、該ゲル繊維の溶断温度以下で加熱延伸するに際し
   、下記（１）〜（３）の条件をいずれも満足するように
   延伸することを特徴とするゲル繊維の高速延伸方法。 Ｖ≧０．４Ｌ＋１０・・・・・・・・・・（１）Ｖ≦４
   ２０ｌｏｇＬ−６００・・・・・・（２）λ≧１０・・
   ・・・・・・・・・・・・・（３）但し、Ｖ：最終延伸
   ローラー速度〔ｍ／分〕Ｌ：全延伸ゾーン長〔ｍ〕 λ：全延伸倍率〔倍〕
2. （２）延伸に供するゲル繊維が、該ゲル繊維に吸蔵され
   る溶剤以外の低沸点溶剤を用いて溶剤置換されてなる特
   許請求の範囲第１項記載のゲル繊維の高速延伸方法。
3. （３）延伸に用いる供給ローラーが、４０℃以上、ゲル
   繊維の融点以下に加熱されてなる特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載のゲル繊維の高速延伸方法。
4. （４）超高分子量重合体が超高分子量ポリエチレンであ
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   のゲル繊維の高速延伸方法。