(57)【要約】【課題】引き揃え性の良い全芳香族ポリアミド異形断面繊維を提供する。【解決手段】全芳香族ポリアミド繊維を特定の断面形状を有する異形断面繊維とする。具体的には、全芳香族ポリアミド繊維の断面を、少なくとも２つ以上の同径の円が、直線上に隣接または一部重なった形状とし、下記式（１）を満たし、単糸繊度の変動係数が９．０％以下である全芳香族ポリアミド異形断面繊維とする。  ［式１］      ０．３＜Ｂ／Ａ＜１      （１）  （式中、Ａは、異形断面を構成する円の直径（ｍｍ）、          Ｂは、異形断面を構成する直近の２つの円の中心間距離（ｍｍ）を示す。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
全芳香族ポリアミドを含む異形断面繊維であって、
当該繊維の断面は、少なくとも２つ以上の同径の円が、直線上に隣接または一部重なった形状であり、
下記式（１）を満たし、単糸繊度の変動係数が９．０％以下である全芳香族ポリアミド異形断面繊維。
［式１］
０．３＜Ｂ／Ａ＜１      （１）
（式中、Ａは、異形断面を構成する円の直径（ｍｍ）、
Ｂは、異形断面を構成する直近の２つの円の中心間距離（ｍｍ）を示す。）
【請求項２】
下記式（２）を満たす請求項１記載の全芳香族ポリアミド異形断面繊維。
［式２］
０．５＜（単糸繊度／Ｎ）＜３．７５      （２）
（式中、Ｎ＝［（異形断面の長辺長さ（ｍｍ）−Ａ）／Ｂ］＋１であり、
Ａは、異形断面を構成する円の直径（ｍｍ）、
Ｂは、異形断面を構成する直近の２つの円の中心間距離（ｍｍ）を示す。）
【請求項３】
前記全芳香族ポリアミドが、ポリパラフェニレン・３、４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドである請求項１または２記載の全芳香族ポリアミド異形断面繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全芳香族ポリアミド異形断面繊維に関する。さらに詳しくは、引き揃え性の良い全芳香族ポリアミド異形断面繊維に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、合成樹脂などのマトリックス樹脂に、強度、耐熱性、耐摩耗性等を付与する目的で、繊維等を混合した繊維強化複合材料が知られており、繊維強化複合材料は、航空宇宙、輸送、各種工業用部品、各種スポーツ資材等の幅広い分野で利用されている。このような複合材料に用いられる繊維としては、一般的に、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の高機能繊維が知られており、中でもアラミド繊維は、強度、柔軟性に優れ、また軽量であることから、昨今様々な用途へ展開されており、また今後の拡大が期待される。
【０００３】
ここで、高機能繊維を補強繊維として含有する繊維強化複合材料の製造方法としては、マルチフィラメントトウに樹脂を塗布或いは含浸、被覆して、テープ状の繊維強化複合材料とすることが提案されている。例えば、特許文献１〜３においては、開繊された強化繊維の表面を熱可塑性樹脂で覆ったテープ状の軽量複合材、およびその製造方法が記載されている。
【０００４】
特許文献１〜３に記載された方法は、樹脂含浸したテープ状の繊維強化複合材料を得る上では生産性は良い。しかしながら、一般的なアラミド繊維の形態は、モノフィラメント（単糸）が千本程度集まって１本のマルチフィラメントを形成しており、厳密には単糸１本１本が直線に並んでおらず、かつ炭素繊維やガラス繊維に比べて柔軟性を持っている。このため、単糸同士が交絡しやすく、複合体であるテープの幅が変動しやすい状況にあり、形状および品質が安定しづらいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２２４１６号公報
【特許文献２】特公平４−７９９０号公報
【特許文献３】特開２００３−７３９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、引き揃え性の良い全芳香族ポリアミド異形断面繊維を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記の背景技術に鑑み鋭意研究を重ねた。その結果、全芳香族ポリアミド繊維を特定の断面形状を有する異形断面繊維とすれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、全芳香族ポリアミドを含む異形断面繊維であって、
当該繊維の断面は、少なくとも２つ以上の同径の円が、直線上に隣接または一部重なった形状であり、下記式（１）を満たし、単糸繊度の変動係数が９．０％以下である全芳香族ポリアミド異形断面繊維である。
［式１］
０．３＜Ｂ／Ａ＜１      （１）
（式中、Ａは、異形断面を構成する円の直径（ｍｍ）、
Ｂは、異形断面を構成する直近の２つの円の中心間距離（ｍｍ）を示す。）
【発明の効果】
【０００９】
本発明の全芳香族ポリアミド異形断面繊維は、引き揃えが良いため、後加工時の取り扱い性が良好となり、複合体とした場合の品位の向上が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜全芳香族ポリアミド＞
本発明の異形断面繊維に含まれる全芳香族ポリアミドは、１種または２種以上の２価の芳香族基が、アミド結合により直接連結されたポリアミドである。また、芳香族基には、２個の芳香環が酸素、硫黄、または、アルキレン基を介して結合されたもの、あるいは、２個以上の芳香環が直接結合したものも含む。さらに、これらの２価の芳香族基には、メチル基やエチル基等の低級アルキル基、メトキシ基、クロル基等のハロゲン基等が含まれていてもよい。
【００１１】
このような全芳香族ポリアミドとしては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレンイソフタルアミド、テレフタル酸成分と３，４’−ジアミノジフェニルエーテル成分およびパラフェニレンジアミン成分とが共重合されたポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミド、テレフタル酸成分とフェニルベンゾイミダゾール骨格を有する芳香族ジアミン成分およびパラフェニジレンジアミン成分とが共重合されたポリパラフェニレン・フェニルベンゾイミダゾール・テレフタルアミド等を挙げることができる。また、本発明の製造方法が採用できる全芳香族ポリアミドとしては、１種単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。
【００１２】
全芳香族ポリアミド繊維は、半乾半湿式法によって製造した場合に高機械的特性が発現するため、本発明においては、全芳香族ポリアミドを主成分とする繊維とすることが好ましい。ここで、「主成分」とは、全芳香族ポリアミド繊維全体に対して、５０質量％より大きく１００質量％の範囲であることを意味する。なお、本発明においては、パラ型芳香族ポリアミドが１００質量％であることが特に好ましい。
【００１３】
さらに、本発明においては、機械的強度が特に優れていることから、ポリパラフェニレンテレフタルアミドまたはポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドを用いることが好ましい。さらには、アミド系溶剤等に可溶であるため成形加工性に優れ、熱延伸を施すことにより強度や弾性率等の引張特性を著しく向上できることから、ポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドを用いることが最も好ましい。
【００１４】
＜全芳香族ポリアミド異形断面繊維の製造方法＞
本発明の全芳香族ポリアミド異形断面繊維は、いわゆる半乾半湿式法により製造することができる。すなわち、全芳香族ポリアミドおよび溶媒を含む紡糸用溶液（ドープ）を紡糸口金から吐出し、エアーギャップを介して貧溶媒からなる凝固浴中で凝固させて凝固糸を得て、さらに水洗、延伸、乾燥等の工程を経て、最終的な全芳香族ポリアミド繊維を得る。
【００１５】
本発明の繊維を得るにあたっては、半乾半湿式法による繊維の製造方法のなかでも、特殊な形状の紡糸口金を用いることを特徴とする。紡糸口金の形状以外は特に限定されるものではなく、全芳香族ポリアミド繊維の製造として公知の方法を採用することができる。以下に、全芳香族ポリアミド繊維の製造方法の一例を示す。
【００１６】
［紡糸用溶液（ドープ）］
全芳香族ポリアミド、および溶媒を含む紡糸用溶液（ドープ）を調整する方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を採用することができる。
紡糸用溶液（ドープ）の調製に用いられる溶媒としては、例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチルカプロラクタム（ＮＭＣ）等を挙げることができる。また、用いられる溶媒は１種単独であっても、２種以上を混合した混合溶媒であってもよい。さらには、全芳香族ポリアミドの重合に用いた溶媒を、そのまま使用してもよい。
【００１７】
また、繊維に機能性等を付与する目的で、添加剤等のその他の任意成分を配合することもでき、その他の任意成分は、紡糸用溶液（ドープ）の調整において導入することができる。導入の方法は特に限定されるものではなく、例えば、ドープに対してルーダーやミキサ等を使用して導入することができる。
【００１８】
なお、紡糸用溶液（ドープ）におけるポリマー濃度、すなわち全芳香族ポリアミドの濃度は、１．０質量％以上１０質量％以下の範囲とすることが好ましい。紡糸用溶液（ドープ）におけるポリマー濃度が１．０質量％未満の場合には、ポリマーの絡み合いが少ないため、紡糸に必要な粘度が得られず、紡糸時の吐出安定性が低下してしまう。一方で、ポリマー濃度が１０質量％を超える場合には、ドープの粘性が急激に増加するため、紡糸時の吐出安定性が低下し、紡糸パック内の急激な圧上昇により安定した紡糸が困難となりやすい。
【００１９】
［口金の形状］
本発明の全芳香族ポリアミド異形断面繊維を得るための紡糸口金は、少なくとも２つ以上の同径の円が、直線上に隣接または一部重なった形状であり、該形状を形成する円の直径をＡ（ｍｍ）、直近となる２つの円の中心間距離をＢ（ｍｍ）とした場合に、下記式（１）を満足する吐出孔を有する。具体的には、０．３より大きく〜１未満となるようにする。
【００２０】
下記式（１）の値が１以上の場合には、各々の円形状から吐出されたポリマーがエアーギャップ中で密着したりしなかったりし、単糸形状が安定せず製品品質が安定しないため好ましくない。一方、下記式（１）の値が０．３以下の場合には、単糸形状が真円に近づくため従来品と変わらず、本願発明の効果を得にくい状況となる。
【００２１】
吐出孔を形成する円の直径Ａは、０．０５〜０．３ｍｍの範囲とすることが好ましく、更に好ましくは０．１〜０．２５ｍｍの範囲である。紡糸口金の吐出孔を形成する円の直径が０．０５ｍｍ未満の場合には、口金を加工することが困難になるばかりでなく、吐出孔が小さすぎて吐出圧が高くなったり、メルトフラクチャーが発生する等、曳糸性や工程通過性が悪くなる。一方、吐出孔を形成する円の直径が０．３ｍｍを超える場合には、一定の単糸繊度を得るために紡糸ドラフトを上げる必要があり、ドローレゾナンスの発生を招くため好ましくない。
［式１］
０．３＜Ｂ／Ａ＜１
【００２２】
［エアーギャップ］
紡糸口金面から凝固液までのエアーギャップは、１０〜２０ｍｍの範囲とすることが好ましく、より好ましくは１５〜２０ｍｍの範囲である。１０ｍｍ未満では、紡糸口金面が凝固液から発生する蒸気等により汚れやすくなるため好ましくない。また、２０ｍｍを超える場合には、単糸同士が密着するため好ましくない。
【００２３】
［その他の工程］
凝固液から糸条を引き上げた後は、公知の方法によって、最終的な全芳香族ポリアミド繊維を得ることができる。例えば、凝固浴中で凝固して形成した未延伸糸を水洗して溶媒を除去し、必要に応じて延伸して配向糸とし、さらに、乾燥工程等を経ることにより最終的な繊維を得る。
【００２４】
延伸の方法としては、凝固糸状態での水洗延伸、沸水延伸のみならず、乾燥糸状態での加熱延伸等も行うことができる。延伸倍率については特に制限はないが、少なくとも６倍以上とすることが好ましく、８倍以上とすることがさらに好ましい。延伸倍率を制御することにより、得られる全芳香族ポリアミド繊維の伸度および強度を制御することができる。また、逐次延伸を採用すれば、延伸安定性を向上させることができる。
【００２５】
＜全芳香族ポリアミド異形断面繊維の物性＞
本発明の全芳香族ポリアミド異形断面繊維は、以下の物性を有する。
【００２６】
［単糸繊度の変動係数］
本発明の全芳香族ポリアミド異形断面繊維の単糸繊度の変動係数は、９．０％以下とする。ここで、本発明における「単糸繊度の変動係数」とは、糸条から任意の２０本をサンプリングして単糸繊度を測定し、得られた単糸繊度の標準偏差を平均繊度で割った値を意味する。
単糸繊度の変動係数は、好ましくは８．０％以下であり、より好ましくは５．０％以下である。９．０％を超える場合には、延伸時の単糸切れが多くなり、工程での断糸回数が多くなるだけでなく、得られる全芳香族ポリアミド異形断面繊維の引き揃え性が低下する。
【００２７】
［単糸繊度／Ｎ］
本発明の全芳香族ポリアミド異形断面繊維は、下記式（２）を満たすことが好ましい。
［式２］
０．５＜（単糸繊度／Ｎ）＜３．７５      （２）
（式中、Ｎ＝［（異形断面の長辺長さ（ｍｍ）−Ａ）／Ｂ］＋１であり、
Ａは、異形断面を構成する円の直径（ｍｍ）、
Ｂは、異形断面を構成する直近の２つの円の中心間距離（ｍｍ）を示す。）
【００２８】
式（２）の値（単糸繊度／Ｎ）が０．５以下の場合には、紡糸口金での吐出安定性が低いため、長期の連続運転をすることが困難となる。一方で、３．７５以上の場合には、単糸が太いために水洗工程における糸条の脱溶媒が不足し、その後の熱延伸工程等における糸切れを生じやすくなるため好ましくない。なお、Ｎは、２以上１０未満であることが好ましい。２より小さい場合には、従来の真円形状と変わらないため、本願発明の効果を得にくい状況となる。一方、１０より大きい場合には、吐出後の工程で単糸形状を維持することが難しく、単糸の形状が安定しないため好ましくない。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例等によりさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらに限定されるものではない。
【００３０】
＜測定・評価方法＞
実施例および比較例においては、下記の項目について、下記の方法によって測定・評価を行った。
【００３１】
（１）繊維の繊度
得られた繊維を、公知の検尺機を用いて１００ｍ巻き取り、その質量を測定した。得られた質量に１００を乗じた値を１００００ｍあたりの繊度（ｄｔｅｘ）として算出した。
【００３２】
（２）単糸繊度変動係数
測定機としてＤｅｎｉｅｒ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（サ−チ株式会社製）を用いて、得られた全芳香族ポリアミド異形断面繊維の糸条から任意の２０本をサンプリングし、以下の条件にて当該２０本の単糸繊度（ｎ＝２０）を測定した。得られた２０個の単糸繊度の標準偏差を平均繊度で割った値を、繊度変動率として算出した。
［測定条件］
温度      ：室温
試料長    ：２５ｍｍ
測定荷重  ：０．１ｇ／ｄｔｅｘ
【００３３】
（３）繊維の引張強度
引張試験機（ＩＮＳＴＲＯＮ社製、商品名：ＩＮＳＴＲＯＮ、型式：５５６５型）により、糸試験用チャックを用いて、ＡＳＴＭ  Ｄ８８５の手順に基づき、以下の条件で測定を実施した。
［測定条件］
温度            ：室温
試験片          ：７５ｃｍ
試験速度        ：２５０ｍｍ／分
チャック間距離  ：５００ｍｍ
【００３４】
（４）製品品位
チーズ状に巻き取られた０．５ｋｇ巻きの製品の表面および側面を目視で観察し、毛羽およびループの存在を確認し、以下の評価基準で評価した。
［評価基準］
○：毛羽とループの数の合計が５個以下
△：毛羽とループの数の合計が６〜１０個
×：毛羽とループの数の合計が１０個を超える
【００３５】
（５）工程通過性
熱延伸工程における過熱ゾーン前後のローラー間における、連続延伸時間２４時間中の１錘あたりの断糸回数を測定した。
【００３６】
（６）開繊マルチフィラメントの幅および幅の変動係数、開繊性
レーザー変位計を用いて、マルチフィラメントの幅を長さ方向に１ｃｍ毎にＮ＝２０個測定し、その平均値をマルチフィラメントの幅とした。変動係数は、２０箇所の幅の標準偏差値とマルチフィラメント幅の平均値から下記式を用いて算出した。また、開繊性は下記式を用いて算出した。
幅の変動係数（％）＝［（幅の標準偏差）／（幅の平均値）］×１００
開繊性（％）＝［（幅の平均値）／（単糸の長径×フィラメント数）］×１００
【００３７】
＜実施例１＞
［全芳香族ポリアミドの重合］
水分率が１００ｐｐｍ以下のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）１１２．９部、パラフェニレンジアミン１．５０６部、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル２．７８９部を、常温下で反応容器に入れ、窒素雰囲気中で溶解混合した後、攪拌しながらテレフタル酸クロリド５．６５８部を添加した。引き続き、８５℃で６０分間重合反応せしめることにより、透明で粘稠なポリマー溶液を得た。次いで、２２．５質量％の水酸化カルシウムを含有するＮＭＰスラリー９．１７４部を添加し、中和反応を行うことにより重合を終了させ、全芳香族ポリアミド溶液を得た。得られた全芳香族ポリアミドの極限粘度は、３．３３であった。
【００３８】
［全芳香族ポリアミド繊維の製造］
重合反応によって得られた全芳香族ポリアミド溶液をそのまま用い、表１に示す形状の紡糸口金から、紡糸口金面と凝固浴との距離１０ｍｍのエアーギャップを介して、ＮＭＰ水溶液（ＮＭＰ濃度：３０質量％、温度；５０℃）を凝固液とする凝固浴中に紡出して凝固させ（半乾半湿式）、引き続き、引き上げられた凝固糸を水洗、乾燥し、次いで、温度４００℃の熱板上で２．３６倍の一次延伸、さらに温度５３０℃の熱板上で３．９１倍に二次延伸することにより、最終的な全芳香族ポリアミド繊維を得た。
得られた全芳香族ポリアミド繊維は、総繊度１５０ｄｔｅｘ、フィラメント数１００フィラメントであった。得られた全芳香族ポリアミド繊維の評価結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2014122448.tif 000002
【００４０】
＜実施例２、比較例１〜３＞
紡糸口金形状を表１の条件とした以外は、実施例１と同じ手法によりパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られたパラ型全芳香族ポリアミド繊維の評価結果を表１に示す。
【００４１】
＜参考例１＞
ホール数１０００、孔径０．３ｍｍφの紡糸口金を用いた以外は、実施例１と同じ手法でパラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。得られたパラ型全芳香族ポリアミド繊維の評価結果を表１に示す。