JPH0373655B2 - - Google Patents
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- JPH0373655B2 JPH0373655B2 JP61012089A JP1208986A JPH0373655B2 JP H0373655 B2 JPH0373655 B2 JP H0373655B2 JP 61012089 A JP61012089 A JP 61012089A JP 1208986 A JP1208986 A JP 1208986A JP H0373655 B2 JPH0373655 B2 JP H0373655B2
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Description
a 産業上の利用分野
本発明は、ポリメタフエニレンイソフタルアミ
ド系全芳香族ポリアミドに無機細片が混合された
新規な剛毛及びその製造方法に関する。
b 従来技術
ポリメタフエニレンイソフタルアミド系全芳香
族ポリアミド(以下“PMIA”と略称することが
ある)は、ガラス転移点が約280℃、融点と熱分
解点がほとんど同じで約420℃、限界酸素指数が
約30であるため、耐熱性や難燃性に優れており、
また分子の剛直性も適当なこともあつて、
Nomex
(デユポン社)、コーネツクス
(帝
人)等の名称で繊維として大量に製造し、市販さ
れている。これら市販繊維は、例えば特公昭38−
870号、特者昭47−50219号、米国特許第3360598
号及び特公昭46−38612号等の明細書に記載され
ているように湿式や乾式、あるいは特公昭42−
815号記載のような乾式ジエツト−湿式紡糸法も
知られているが、いずれにしてもいわゆる溶融紡
糸法によつて製造されている。
このようにPMIAの繊維化を溶融紡糸法にたよ
らざるを得ない最大の理由は、融点が高くしかも
熱分解点と近接しているために、溶融紡糸がきわ
めて困難なことである。
溶融紡糸法の問題点としては、溶剤の回収ある
いは中和設備の投資、生産性の低さ等によるコス
ト高があげられるが、他に見のがすことの出来な
い点がいくつかある。すなわち、その第1は
100de(断面積約0.01mm2)以上の太デニール繊維
(剛毛)の製造がきわめて困難なことである。溶
液紡糸後の脱溶媒過程では、一般に繊維の外皮部
の溶媒が優先的に逃散するから、外皮がまず最初
に凝固し始めるため、繊維が太くなるほど芯部の
脱溶媒が次第に遅れる結果となり、脱溶媒工程を
異常に長くとらざるを得なくなり、実際問題とし
て生産困難となるばかりか、物性的には表面と内
部の脱溶媒差によつて微細構造に大きな差が生じ
て極端なスキンコア構造となり、それが使用に耐
えない程度になるからである。
一方、本発明者は、かつて他の共同研究者とと
もに、全芳香族ポリアミド重合体を溶融紡糸して
剛毛を製造すべく種々検討し、これに成功し特開
昭57−192436号、特開昭58−109618号、特開昭58
−109619号及び特開昭59−144607号において提案
した。
上記提案における製造方法の要点は、実質的に
固体状の全芳香族ポリアミドを、通電加熱された
薄いメツシユ状の紡糸口金で瞬間的に溶融し、該
全芳香族ポリアミドが実質的に繊維形成能を失わ
ない時間内に該メツシユ状紡糸口金の多数の細隙
から吐出させ、強制引取りしつつただちに冷却固
化する方法である。
上記のようにして得られた剛毛は上記公開公報
に記載の如く、その長さ方向に沿つて不規則な周
期的に断面積の大きさの変化を有しており、繊維
内断面変動係数CV(F)が0.05〜1.0の範囲にあり、
形成された繊維の断面はおおむね非円形である。
上記剛毛は耐熱ブラシ用素材として有用である
ことがわかつたが、さらにその活用の範囲を増大
させるためにアルミナやカーボンランダムの如き
無機細片を混合した剛毛を開発し、特開昭58−
136829号で提案した。
この提案による剛毛は、耐熱性に加え研摩効果
があるため耐熱性研摩ブラシとしてきわめて有用
であることがわかつたが、無機細片がPMIA剛毛
内に一様に分散している為、剛毛の強伸度が低く
折れやすい欠点があつた。
一般に、細片混合率を一定に保持したまま強伸
度の低下を防ぐ手段としては、細片の混合を一様
にせず、剛毛の外周部あるいは逆に中心部に集中
させることが有効であることが知られている。
しかしながらPMIAにおいては、溶液法では、
前記の如く断面積が0.01mm2以上の剛毛を成形する
ことがきわめて困難であるという理由から、ま
た、特開昭58−136829号の方法では、メツシユ状
紡糸口金を用いる理由から、上記のような剛毛を
製造することは不可能であつた。
そこで本発明は、PMIA剛毛の成形法そのもの
を見直し更に鋭意研究を進めた結果、特開昭58−
136829号の提案から大きく発想を転換して本発明
に到達したものである。
c 発明の目的
本発明の目的は力学的性質の優れた無機細片混
合全芳香族ポリアミドの新規な剛毛を提供するこ
とにある。
本発明の他の目的は、耐熱性と研摩性に加え耐
久性に優れた全芳香族ポリアミド剛毛を提供する
ことにある。
本発明のさらに他の目的は、無機細片固有の機
内(たとえば電気伝導性、磁性、高比重等)を付
加したPMIA剛毛を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、PMIAより主とし
てなる重合体層(A層)と無機細片及びPMIAと
のランダム混合物よりなる無機層(B層)とがサ
イドバイサイドに配置された構造を呈し、該B層
における無機細片の割合が30重量%以上の高混合
率であるPMIA剛毛を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記目的の剛毛を
製造するための新規にして有用な製造方法を提供
することにある。
d 発明の構成
本発明者の研究結果によれば、上記本発明の目
的は、全繰返し単位の85モル%以上がメタフエニ
レンイソフタルアミド単位である全芳香族ポリア
ミドより主としてなる重合体層(A層)と、無機
細片及び該全芳香族ポリアミドとのランダム混合
物よりなる無機層(B層)とより形成された剛毛
であつて、その剛毛の長さ方向に対する直角断面
において該重合体層(A層)と該無機層(B層)
とがサイドバイサイドに配置され、且つ剛毛の該
断面における断面積が0.01mm2〜10mm2の範囲にある
ことによつて特徴づけられる無機細片混合全芳香
族ポリアミド剛毛によつて達成される。
本発明のさらに他の目的は、全繰返し単位の85
モル%以上がメタフエニレンイソフタルアミド単
位である全芳香族ポリアミドより主としてなる重
合体層(A層)と、無機細片及び該芳香族ポリア
ミドとのランダム混合物よりなる無機層(B層)
とより形成された複合成形物から、該重合体層
(A層)と該無機層(B層)とが長さ方向に対す
る直角断面においてサイドバイサイドに配置さ
れ、且つ該断面における断面積が0.01mm2〜10mm2の
範囲にある無機細片混合全芳香族ポリアミド剛毛
を得るために、下記(a)〜(d)の条件を満足すること
を特徴とする全芳香族ポリアミド剛毛の製造方法
によつて達成される。
(a) 該複合成形物は、空隙率(ε%)が5%以下
であり、且つ少くとも一方向が一様な断面を有
する形状を有したものであり、しかもその複合
成形物の一様な断面において該重合体層(A
層)と該無機層(B層)とがサイドバイサイド
に配置されており、
(b) 該複合成形物を、該複合成形物の定められた
一様な断面の垂直方向に実質的に形態を保持し
たまま移動し得る通路に強制的に押込みつつ移
動させ、
(c) 次いで、該複合成形物を少くとも末端部がオ
リフイスで構成された細化通路を有する加熱口
金に圧入させ、
(d) 該加熱口金においては、該複合成形物を下記
式を満足する軟化温度(Ts℃)に至るまで該
細化通路内を急速に加熱して、該オリフイスか
ら吐出させて引取る。
(Tg+40℃)≦Ts≦(Tm−20℃)
(但しTg及びTmは、それぞれ全芳香族ポリア
ミドのガラス転移点(℃)及び融点(℃)を意味
する。)
本発明におけるポリメタフエニレンイソフタル
アミド系全芳香族ポリアミド(PMIA)は、全繰
返し単位の85モル%以上がメタフエニレンイソフ
タルアミド単位であるホモホリアミド又はコポリ
アミドである。このPMIAは、アミン成分として
メタフエニレンジアミンを用いるか又はそれと他
の芳香族ジアミンを用い、酸成分としてはイソフ
タル酸又はそれと他の芳香族二塩基酸又はその誘
導体を用いて重縮合したものである。
本発明のPMIAの具体的製造法は、特公昭47−
10863号公報記載の界面重合法が好ましい。なぜ
ならば、この方法によれば、本発明の剛毛を製造
する際の原料となる成形物を成形する為にきわめ
て好適な多孔質凝集粒子状を呈するからである。
本発明に用いられる無機細片は、例えば炭化カ
ルシウム、酸化チタン、カオリン、クレイ、タル
ク、ケイソウ土、チタン酸カリ、長石、雲母、ガ
ラス粉末、グラフアイト、カーボンブラツク、二
硫化モリブデン、金属粉末(例えば、銅粉、アル
ミ粉末、鉄粉、クロム粉末、ニツケル粉末)、γ
−Fe2O3、炭化珪素、アルミナ、ゼオライト、焼
結用セラミツク素材等が挙げられる。本発明の剛
毛の使用目的に応じて適した無機細片が選ばれ
る。例えば研磨用ブラシに使用する場合は炭化珪
素や溶融アルミナ等の硬度の大きい無機細片が好
んで使用される。
本発明に用いられる無機細片の形状は球状、多
面体状、針状あるいは不規則状であつてもよい。
その粒度は少くとも20メツシユのふるいを通過す
るのが好ましく、より好ましくは500メツシユの
ふるいを通過する粒度である。ただし見掛上大き
な粒子であつても、芳香族ポリアミド粉体との混
合過程において上記メツシユサイズに粉砕される
ものであればかまわない。最大の粒度は通常5万
メツシユ程度である。
無機細片の形状が針状等の細長いもの(アスパ
クトレイシオが約5以上のもの)は、その最小断
面積が1mm2〜2.5×10-7mm2、好ましくは2.5×10-3
mm2〜2.5×10-7mm2の範囲のものであればよく、そ
の最長細片長は5mm〜0.0005mm、好ましくは0.25
mm〜0.0005mmの範囲のものであればよい。
本発明の剛毛は、その太さ(剛毛の長さ方向に
垂直断面の面積)が0.01mm2〜10mm2の範囲である。
太さが0.01mm2未満ならば、従来の溶液法によつ
て本発明と類似のサイドバイサイド型複合繊維を
得ることも不可能ではなく、本発明の目的に合致
しない。また10mm2より太い剛毛は、太すぎてほと
んど利用価値がないばかりか、圧縮成形等の他の
手段で成形することも不可能でないので本発明の
特徴が失われる。
本発明の剛毛の太さに関して有用性が特に発揮
される範囲は、0.1mm2〜5.0mm2である。
本発明の剛毛はその長さ方向に対する垂直断面
において、PMIAより主としてなる重合体層(A
層)と、無機細片及び該PMIAとのランダム混合
物よりなる無機層(B層)とがサイドバイサイド
に配置された複合構造を呈する。第1図はこの複
合構造の典型的な例を模式的に示した剛毛の断面
図である。第1図〜第3図の構造のうち、どれを
採用するかは目的によつて異るが、本発明の特徴
は第2図の如きサンドイツチ構造あるいは第3図
の如き多層構造でより顕著に発揮されることが多
い。たとえば、本発明の目的の1つである耐熱性
と耐久性のある研摩用剛毛の場合、第2図あるい
は第3図の如くアルミナあるいはカーボンランダ
ムの如き無機細片とPMIAのランダム混合からな
る無機層(B層)がPMIAからなる重合体層(A
層)の間にはさまれている構造が望ましい。
すなわち、このような構造を呈する研摩用剛毛
の利点の1つは、無機層の剛毛表面露出度が少い
ために、研摩作用に直接かゝわりのない剛毛表面
からの研摩剤(無機細片)落ちがきわめて少いこ
とである。この効果は剛毛を研摩用ブラシとして
使用する場合はもちろん、剛毛製品としての梱包
工程や輸送過程でも大きな利点としてあげること
ができる。
第1図の構造を含めた本発明の剛毛の他の利点
は、無機細片とPMIAの単純なランダム構造体に
比して、引張り強度はもちろん曲げ耐久性の大き
い点を上げることができる。すなわち全芳香族ポ
リアミドは分子構造的に硬い骨格でできているか
ら、一般に繊維そのものも硬く、もろくなりやす
い傾向がある。このようなPMIAに無機細片をラ
ンダムに混合した場合は、一層この傾向が増大し
それほど大きくない外部歪でも簡単に破壊してし
まう。本発明で対象とする0.01mm2〜10mm2の太さの
剛毛では曲げに対する剛毛表面部の歪がかなり大
きいから、単純なランダム構造体では非常に折れ
やすくなるわけである。この現象は無機細片の混
合率が増大するほどいちじるしくなる。
しかし、本発明の第2図の如きサンドイツチ状
の剛毛では、自然挫屈による曲げはA層とB層の
境界線に直角な方向(即ち曲げ剛さEIの最も小
さい方向)で起るから、中心部に存在しかつうす
いB層で発生する歪はきわめて小さく、従つて破
壊しにくくなる。
本発明における重合体層(A層)と無機層(B
層)の合計数に関しては曲げ耐久性の観点で第2
図の3層が望ましいが、他の機能を重視する場合
は2層あるいは4層にした方が有用な場合があ
る。たとえば剛毛の表面に無機層を露出させたい
場合は第1図の如き2層がよい。また、剛毛に電
気的あるいは磁性的な機能を付与したい場合は第
3図の如き7層程度の方が有用である場合が認め
られた。しかしながら層の数をいたずらに多くす
ると成形物の成形が煩雑になる弊害がでるばかり
でなく、10層以上になると多層化の効果に限界が
生じてくる。
本発明によれば剛毛のB層における無機細片の
含有割合は任意に変えることができるが、本発明
の剛毛の特徴は30〜95%(重量)の高混合率の範
囲で一層発揮される。このような高混合率は、本
発明の新規な方法によつて始めて可能であること
が実証されたものである。また、本発明の方法に
よれば、剛毛の長さ方向に対する垂直断面におけ
るA層とB層の面積比を任意の割合に変えること
もできるが、本発明の特徴は20:80〜95:5の範
囲で一層発揮される。
本発明の方法に用いられる複合成形物は第4図
及び第5図に示すように、少くとも一方向(図面
ではY方向)が一様な断面を有する形状を有し、
かつ空隙率(ε%)が5%以下のものである。こ
こでいう空隙率(ε%)とは、成形物の見掛けの
体積をVa、成形物を構成するPMIA成分及び無
機細片成分の真の体積をVrとしたとき下記式で
定義される。
ε=Va−Vr/Va×100(%)
本発明の剛毛を製造するためには、εが5%以
下、好ましくは1%以下の成形物を原料とすべき
である。εが5%以上を越えた成形物を用いた場
合は、製造過程で剛毛内に多数ガスが混入し、得
られる剛毛の力学的性質が低下して本発明の目的
が達成されない。
上記複合成形物が製造方法は特定されるもので
はないが、PMIAとしては界面重合法による多孔
質の凝集粒子状粉体を用い圧縮成形する方法が好
ましい。圧縮成形の条件は、成形物の形状によつ
て種々異るが、PMIAのガラス転移点(Tg℃)
以上融点以下の温度及び20〜1000Kg/cm2の圧力で
実施すべきである。
複合成形物の一様な断面は第4図の如き長方形
や第5図の如き円形のほかに、三角形や六角形、
あるいは楕円形等如何なる形状でもよいが、長さ
方向に実質的に一様であることが必要である。ま
たこの成形物は特別の場合を除いて有限の長さを
有するから、原料としての複数の成形物の一様な
断面の形状及び面積は実質的に同一でなければな
らない。
第4図の如き板状の複合成形物は第6図の如き
圧縮成形機によつて下記の如く製造することがで
きる。
まず、原料としてPMIA粉体(A)と無機細片と
PMIAの混合粉体(B)を用意し、好ましくはそれら
の粉体を200℃程度に予熱した上、A成分とB成
分の所望の複合割合に応じて、まず第1のA成分
(A−1)を、上加熱盤2が図面裏方向にスライ
ドして上部がひらいている圧縮成形機内に供給
し、ついでB成分が、さらに第2のA成分(A−
2)を供給する。つぎに、加熱盤2を図面表方向
にスライドさせて蓋をし、油圧シリンダー8のピ
ストン7を上方に作動させて漸次昇圧してゆく。
この圧縮成形器の外壁すなわち、上加熱盤2、加
熱枠3、下加熱盤4内には全てヒーターが内蔵さ
れており、300〜350℃にコントロールされてい
る。漸次昇圧つづけてゆき、やがて圧力が1〜20
Kg/cm2、好ましくは3〜10Kg/cm2に達したら、ピ
ストンの作動を1時停止させる。ピストンの停止
と同時に圧縮圧は減少しはじめるが、その圧力が
1/10以下、好ましくは実質的に0に降圧したら再
びピストンを作動させて昇圧を開始する。
圧縮圧が1〜20Kg/cm2に達した段階でのこの1
時停止過程は、PMIA粉末集合体の内部への熱伝
達、PMIA重合体内部への均一な水分の封じ込
め、空気、余分な水分の除去等の役割をはたす上
できわめて重要である。
この1時停止過程は少くとも1回は必要であり
好ましくは2回、さらに好ましくは3〜7回もう
けるべきである。すなわち、第1回の1時停止過
程で圧力が実質的に0になつたら再び昇圧を開始
し、圧力が1〜20Kg/cm2に達したら2回目の1時
停止過程をもうけ、圧力が実質的に0に達したら
また昇圧を開始する。上記の昇降圧操作を終了し
たら最終的な昇圧を少くとも30Kg/cm2にして、必
要ならば一定時間その状態を保持して密度の均一
化をはかり圧縮成形を終了させる。
成形物の取り出しは、図の成形器の場合、上加
熱盤2を図面裏方向にスライドさせて上部を解放
してから、ピストン7を上方に作動させ、PMIA
成形物を外部に押し出して行う。PMIA成形物が
成形器の内壁を粘着すると取り出しが困難となる
場合があるので成形器の内壁をフツ素樹脂加工し
ておく等の離型対策をほどこすことが望ましい。
このようにして得られる成形物は、第4図の如
く少くとも一方向(Z方向)が一様な断面を有す
る形状を有したものであり、かつその一様な断面
においてA層とB層がサイドバイサイドに配置さ
れた構造となる。
第7図は第4図の板状成形物を中間原料として
本発明の剛毛を製造する装置の概略図である。
第7図において、第4図の如き板状成形物10
は、定められた一様な断面の垂直方向(Z方向)
を上に向けて、すべり台20上に図の如く多数並
べられる。このように並べられた成形物10は、
ガイド壁30に沿つて順次下方に供給され、押込
ローラー郡40(図面では3組の1対ローラー)
に至り、ローラー間で把持されつつ強制的に予熱
ゾーン(Zp)に押込まれる。この際、予熱ゾー
ンは該成形物1の定められた一様な断面の垂直方
向(Z方向)に実質的に形態を保持したまま移動
し得る通路を有することが必要であり、第7図の
装置は、その通路を成形物の定められた一様な断
面(a×b)より若干大きい程度に相似形断面空
間を有する予熱ボツクス50で形成している。こ
の予熱ボツクスの壁にはヒーター50′がうめ込
まれており、通路の温度は正確にコントロールさ
れる。
この通路は必ずしも第7図のようなボツクス形
である必要はなく、予熱ゾーン内の成形物が常に
一定な路を正確に移動するように規制されておれ
ばよい。たとえば、同じようなボツクス型であつ
ても内壁が波型を呈していてもよい。
このような予熱ボツクス50によつて形成され
た予熱ゾーンにおいて、PMIA成形物は、PMIA
のガラス転移点(Tg℃)より20℃高い温度を越
えない予熱温度(Tp℃)まで漸次予熱されつつ
予熱ゾーン(Zp)の末端部まで移動される。
この予熱温度(Tp℃)は、PMIAの成形物の
内部温度を測定して制御すべきであるが、予熱ゾ
ーンの長さ(Zp)すなわち予熱ボツクスの長さ
を十分長くとり、通路の温度をTpに制御するこ
とにより間接的に制御可能である。
好ましい予熱温度(Tp)は、予熱ゾーン内の
成形物が高い押込み圧によつても、実質的に断面
が変らない最大の温度にすべきである。
もし、Tpが高すぎると、予熱ゾーン内の成形
物が熱により軟化してその断面形態を大きく変え
てしまい、予熱ボツクスの内壁と粘着しあるいは
座屈して通路内でつまつてしまうし、逆にTpが
低すぎると次の軟化ゾーンであまりにも急速に温
度を上げざるを得なくなり、昇温むらが発生す
る。
予熱温度Tp及び次の工程の軟化温度Tsの適当
な範囲はPMIA成形物の熱的変化にともなう種々
の挙動を詳細に検討することによつて見出され
た。
たとえば、示差熱分析(DTA)や示差走査熱
量測定(DSC)によれば、ガラス転移点(Tg)
や融点(Tm)を知ることができる。DTAや
DSCが得られるTgやTmは測定条件によつて若
干異ることがあるので本発明では、理学電気(株)製
THERMOFLEX DSC−8230を用い、チツソ中
で2ミリグラムのサンプルを2℃/分の速度で昇
温させ測定したDSC曲線において、ガラス転移
温度領域(280℃附近)の変化曲線からTg+と
Tg-を読みとりその中点をもつてTgと定め、融
解温度領域(420℃附近)の吸熱ピークをもつて
Tmと定めた。
また、熱重量分析(TGA)から熱分解点が求
められ、PMIAに関してはTmとほゞ同じである
ことがわかる。なお、昇温速度10℃/mmによる空
気中のTGA曲線を詳細に調べてみると、このよ
うなおそい昇温速度では380℃附近からゆるやか
な重量減少傾向がみられる。従つてこの程度の温
度状態を長く保持することは好ましいことではな
いことがわかる。
さらに動的粘弾性測定装置(前記)や熱機械分
析装置(たとえば、理学電装置のサーモフレツク
スTMA装置によれば、PMIAの成形物の試料片
に関し、一定荷重下の伸び(収縮)曲線が得られ
る)によればPMIAの熱的変化にともなう力学的
性質の応答を知ることができる。これらの測定結
果によれば約(Tg−10℃)から弾性率の低下が
大きくなり始めるが約(Tg+20℃)までは粘性
的な抵抗が強く外力に対してあまり大きくは変形
しない。しかしながら約(Tg+40℃)からきわ
めて急速に軟化しはじめ流動性が発生する。本発
明者はこの温度をPMIAの軟化点と呼んでいる。
以上のような基礎的検討結果をふまえ、PMIA
形成物の予熱温度Tpを種々変えて押込み実験し
た結果によれば、予熱温度がTg+20℃を越える
とPMIAを押出すに必要な最低の圧力(約20Kg/
cm2)でも成形物は予熱ゾーン内で圧縮変形し、成
形物の断面が拡大したり座屈したりして、予熱ゾ
ーンの通路の内壁に粘着し、通路での移動がなめ
らかに行われなくなる。
予熱温度の具体的な設定にあたつては、軟化し
たPMIAをオリフイスから押出すのに必要な圧力
を考慮する必要がある。この圧力は軟化ゾーンの
構造や軟化温度等種々の要因によつて変るが、本
発明者の実験結果によれば20Kg/cm2〜1000Kg/cm2
の範囲であり、必要な圧力は押込ローラー群40
の数の増大によつて得られる。予熱ゾーンの成形
物の基本的役割は、軟化したPMIAをオリフイス
から押出す為のいわばフランジヤーの如きもので
あるから実質的にその形態を保持していることが
重要である。従つて高圧押出しの際は、弾性率の
低下が大きくなりはじめる温度(Tg−10℃)以
下にすべきである。しかしながら予熱温度をあま
り低くしすぎると軟化ゾーンでの昇温が困難とな
り、押出し速度があげにくくなる。予熱温度の好
ましい範囲は(Tg−30℃)乃至(Tg−10℃)で
ある。
本発明における予熱ゾーンの長さZpは、成形
物の内部の温度を上記の予熱温度まで昇温させる
に十分な長さを有している。従つて予熱ゾーン内
を定速で移動する成形物の温度は、予熱ボツクス
の温度をTpに設定しておけば、予熱ゾーンの途
中でTpに達し、この温度を保持したまま予熱ゾ
ーンの末端部まで移動する。ここでいう予熱ゾー
ンの末端部とは、次の工程の加熱口金70(軟化
ゾーン)の入口へ至る約10mm以内の箇所をいう。
理想的には予熱温度Tpは予熱ゾーンの完全な末
端までTg+20℃を越えない温度に保持されるの
が望ましいが、軟化ゾーンの入口へ至る約10mm以
内の部分なら、熱伝導の関係で若干越えてもさし
つかえない。しかしながら予熱温度Tpは軟化ゾ
ーンのできるだけ直前までTg+20℃を越えない
ように工夫すべきであり、本発明者の検討結果に
よれば、第1に予熱温度を上記好ましい範囲、
Tg−30℃乃至Tg−10℃に設定すること、第2に
予熱ゾーンと軟化ゾーンの境界を第7図60の如
き断熱材で断熱すること、第3に加熱口金からの
熱伝導を最小にすることの3点が有効である。
さて、以上の如き予熱温度Tpに予熱された成
形物は、第7図の加熱口金の軟化ゾーンに圧入さ
れる。この軟化ゾーンは、少くとも末端部がオリ
フイスで構成された細化通路を有する少くとも長
さ3mmの軟化押出し部である。
この軟化ゾーンの役割は、第一に予熱された
PMIA成形物を軟化温度Tsまで急速加熱して軟
化することであり、第二に軟化させながらの細化
過程でPMIA成形物の連結部を圧着して連結し、
連続軟化物に変換することであり、第三に該連続
軟化物をオリフイスから均一に吐出させることで
ある。
以上の役割を有効にはたさせるために種々工夫
を要するが、1例を第7図の加熱口金70の近傍
の拡大図である第8図で示す。すなわち、予熱ゾ
ーンにおいてTpに予熱された成形物は、第7図
の如く断面がV字形のインレツトを有する加熱口
金70に圧入される。
加熱口金70には、ヒーター70′が設置され
ており、圧入された複合成形物10は、このヒー
ターのよつて加熱されたインレツトの内壁に接触
して表面から軟化されつつ、A層とB層のサイド
バイサイド構造を保持したまま細化されつつ移動
し、遂には紡糸に必要なTg+40℃Ts(Tm
−20℃)に達し、図面直角方向に近接して配置さ
れた多数のオリフイスNで細分化されて押出され
る。この際、加熱口金の設定温度はTsより当然
高めに設定されるが、その程度は成形物の移動速
度に依存する。
オリフイスNから吐出された無機細片混合
PMIAの多数の細流は、保温ボツクス80からな
る長さZkの保温ゾーンに吐出され、引取りロー
ラー90によつて強制的に引取られる。この際、
該保温ゾーンにおいては、該オリフイスの吐出口
近傍温度(Tk℃)を、TgTk(Tm−20℃)
の範囲に維持すべきである。ここでオリフイスの
吐出口近傍温度とは、オリフイスの吐出口から3
mm乃至10mmはなれた箇所の空間温度をいう。Tk
がPMIAのガラス転移点Tg以下の場合は、オリ
フイスプレート表面の冷却による吐出むらが発生
したり、急冷のためドラフトがあがらないばかり
かむらが発生しやすくなる。Tkの好ましい範囲
はTg+50℃TkTm−50℃であつて、軟化ゾ
ーンにおける軟化温度Tsとほゞ等しく設定する
のがよい。
引取りローラー90によつて引取られたサイド
バイサイド構造を呈する無機細片混合全芳香族ポ
リアミド剛毛10′はそのまま製品として採用し
てもよいが、Tg近傍の温度で延伸して強度アツ
プをはかることができる。
e 実施例
実施例 1
メタフエニレンジアミンとイソフタル酸クロリ
ドをテトラヒドロフラン/水の界面で重合して得
たポリメタフエニレンイソフタルアミドの平均粒
子径が50μmの多孔質凝集粒子の粉体を重合体原
料として採用した。このPMIA粉体(N−メチル
ピロリドン中で測定した固有粘度が1.35、DSCで
測定したTg及びTmはそれぞれ277℃、423℃)
100%(A成分)とこの粉体に平均粒径が34μの
ホワイトアルミナ(不二見研摩材工業KK)を60
%混合した無機細片混合粒体(B成分)を用意
し、第6図の圧縮成形機を用い、A−1、A−2
成分をそれぞれ40g、B成分を35g第6図の如く
積層して、320℃、100Kg/cm2圧で圧縮成形し、第
4図の如き板状の複合成形物(a=8mm、b=c
=100mm、ε=0.1%)を多数製造した。
次にこの複合成形物を原料とし、第7図の装置
を用いて第1表の条件で剛毛を製造した。
得られた剛毛の物性は第2表の通りであり、研
摩用ブラシとして使用した結果は、きわめて満足
すべきものであつた。
a. Field of Industrial Application The present invention relates to a novel bristles in which inorganic particles are mixed with polymetaphenylene isophthalamide-based wholly aromatic polyamide, and a method for producing the same. b Prior art Polymetaphenylene isophthalamide-based wholly aromatic polyamide (hereinafter sometimes abbreviated as "PMIA") has a glass transition point of about 280°C, a melting point and a thermal decomposition point of about 420°C, which are almost the same, and a limit of It has an oxygen index of approximately 30, so it has excellent heat resistance and flame retardancy.
In addition, the rigidity of the molecule is also appropriate,
It is manufactured and sold in large quantities as fiber under names such as Nomex (DuPont) and Cornex (Teijin). These commercially available fibers are, for example,
No. 870, Special Patent No. 1987-50219, U.S. Patent No. 3360598
Wet method, dry method, or Special Publication No. 42-38612 as described in the specifications of
A dry jet-wet spinning method as described in No. 815 is also known, but in any case, it is produced by a so-called melt spinning method. The biggest reason why PMIA cannot be made into fibers by relying on melt spinning is that it has a high melting point and is close to the thermal decomposition point, making melt spinning extremely difficult. Problems with the melt spinning method include high costs due to solvent recovery, investment in neutralization equipment, low productivity, etc., but there are several other points that cannot be overlooked. That is, the first is
It is extremely difficult to produce thick denier fibers (bristle) of 100 de (cross-sectional area approximately 0.01 mm 2 ) or more. In the desolvation process after solution spinning, the solvent in the outer skin of the fiber generally escapes preferentially, so the outer skin begins to coagulate first, and as the fiber becomes thicker, the desolvation of the core gradually becomes delayed. Not only does the solvent process have to take an abnormally long time, making production difficult as a practical matter, but physically, the difference in desolvation between the surface and the inside creates a large difference in the microstructure, resulting in an extreme skin-core structure. This is because it becomes unusable. On the other hand, the present inventor, together with other co-researchers, conducted various studies to produce bristles by melt-spinning wholly aromatic polyamide polymers, and succeeded in this, and published Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-192436, No. 58-109618, Japanese Patent Publication No. 1983
-109619 and JP-A-59-144607. The key point of the production method in the above proposal is that a substantially solid wholly aromatic polyamide is instantaneously melted in a thin mesh-like spinneret heated by electricity, and the wholly aromatic polyamide has substantially fiber-forming ability. In this method, the spinneret is discharged from a number of slits in the mesh-like spinneret within a period of time without losing the spinneret, and is immediately cooled and solidified while being forcibly taken off. As described in the above-mentioned publication, the bristles obtained as described above have irregular and periodic changes in cross-sectional area along their length, and have an intrafiber cross-sectional variation coefficient CV (F) is in the range of 0.05 to 1.0,
The cross-section of the fibers formed is generally non-circular. The above bristles were found to be useful as a material for heat-resistant brushes, but in order to further expand the scope of their use, they developed bristles mixed with inorganic particles such as alumina and carbon random.
Proposed in No. 136829. The proposed bristles were found to be extremely useful as heat-resistant abrasive brushes due to their heat resistance and abrasive effect. It had the disadvantage of low elongation and easy breakage. In general, as a means to prevent a decrease in strength and elongation while maintaining a constant particle mixing ratio, it is effective to mix the particles not uniformly but to concentrate them at the outer periphery of the bristles or, conversely, at the center. It is known. However, in PMIA, the solution method
As mentioned above, it is extremely difficult to form bristles with a cross-sectional area of 0.01 mm 2 or more, and also because the method of JP-A-58-136829 uses a mesh-like spinneret. It was not possible to produce such bristles. Therefore, the present invention was developed as a result of reviewing the molding method of PMIA bristles and conducting further intensive research.
The present invention was achieved by a major change in concept from the proposal in No. 136829. c. Object of the invention The object of the invention is to provide a novel bristles made of fully aromatic polyamide mixed with inorganic particles and having excellent mechanical properties. Another object of the present invention is to provide wholly aromatic polyamide bristles that have excellent heat resistance, abrasiveness, and durability. Yet another object of the present invention is to provide PMIA bristles with added features inherent to the inorganic particles (eg, electrical conductivity, magnetic properties, high specific gravity, etc.). Still another object of the present invention is to exhibit a structure in which a polymer layer (layer A) mainly composed of PMIA and an inorganic layer (layer B) composed of a random mixture of inorganic particles and PMIA are arranged side-by-side. The object of the present invention is to provide PMIA bristles having a high mixing ratio of inorganic particles in layer B of 30% by weight or more. Still another object of the present invention is to provide a new and useful method for producing the above-mentioned bristles. d Structure of the Invention According to the research results of the present inventor, the object of the present invention is to provide a polymer layer (A layer) and an inorganic layer (layer B) made of a random mixture of inorganic particles and the wholly aromatic polyamide, wherein the polymer layer ( A layer) and the inorganic layer (B layer)
This is achieved by fully aromatic polyamide bristles mixed with inorganic particles, which are arranged side-by-side and are characterized by a cross-sectional area in the cross-section of the bristles ranging from 0.01 mm 2 to 10 mm 2 . Yet another object of the invention is to provide 85 total repeating units.
A polymer layer (layer A) mainly composed of a wholly aromatic polyamide whose mole % or more is metaphenylene isophthalamide units, and an inorganic layer (layer B) composed of a random mixture of inorganic particles and the aromatic polyamide.
The polymer layer (layer A) and the inorganic layer (layer B) are arranged side-by-side in a cross section perpendicular to the length direction, and the cross-sectional area in the cross-section is 0.01 mm 2 from the composite molded article formed by the above. In order to obtain fully aromatic polyamide bristles mixed with inorganic particles in the range of ~10 mm 2 , a method for producing fully aromatic polyamide bristles characterized by satisfying the following conditions (a) to (d) is used. achieved. (a) The composite molded product has a porosity (ε%) of 5% or less and a shape with a uniform cross section in at least one direction, and the composite molded product has a uniform cross section. The polymer layer (A
layer) and the inorganic layer (layer B) are arranged side-by-side; (c) Next, the composite molded product is press-fitted into a heating mouthpiece having a narrowed passageway whose end portion is constituted by an orifice; (d) In the heating die, the composite molded product is rapidly heated in the narrowing passage until it reaches a softening temperature (Ts° C.) that satisfies the following formula, and is discharged from the orifice and taken off. (Tg+40℃)≦Ts≦(Tm−20℃) (However, Tg and Tm mean the glass transition point (℃) and melting point (℃) of the fully aromatic polyamide, respectively.) Polymetaphenylene isophthalic in the present invention Amide-based wholly aromatic polyamide (PMIA) is a homophoryamide or copolyamide in which 85 mol% or more of the total repeating units are metaphenylene isophthalamide units. This PMIA is polycondensed using metaphenylene diamine or other aromatic diamine as the amine component, and isophthalic acid or other aromatic dibasic acid or its derivative as the acid component. be. The specific method for producing PMIA of the present invention is
The interfacial polymerization method described in Publication No. 10863 is preferred. This is because, according to this method, porous agglomerated particles are formed which are extremely suitable for molding a molded article that is a raw material for producing the bristles of the present invention. Inorganic particles used in the present invention include, for example, calcium carbide, titanium oxide, kaolin, clay, talc, diatomaceous earth, potassium titanate, feldspar, mica, glass powder, graphite, carbon black, molybdenum disulfide, metal powder ( For example, copper powder, aluminum powder, iron powder, chromium powder, nickel powder), γ
-Fe 2 O 3 , silicon carbide, alumina, zeolite, ceramic materials for sintering, and the like. Suitable inorganic particles are selected depending on the intended use of the bristles of the present invention. For example, when used in polishing brushes, hard inorganic particles such as silicon carbide and fused alumina are preferably used. The shape of the inorganic pieces used in the present invention may be spherical, polyhedral, acicular or irregular.
Preferably, the particle size is such that it passes through a sieve of at least 20 mesh, more preferably a particle size that passes through a sieve of 500 mesh. However, even if the particles are apparently large, they may be pulverized to the above-mentioned mesh size during the mixing process with the aromatic polyamide powder. The maximum particle size is usually around 50,000 mesh. If the inorganic particles have a needle-like or elongated shape (aspaku ratio is about 5 or more), the minimum cross-sectional area is 1 mm 2 to 2.5 × 10 -7 mm 2 , preferably 2.5 × 10 -3
It may be in the range of mm 2 to 2.5×10 -7 mm 2 , and its longest strip length is 5 mm to 0.0005 mm, preferably 0.25 mm.
Any material in the range of mm to 0.0005 mm is sufficient. The thickness of the bristles of the present invention (area of cross section perpendicular to the length direction of the bristles) is in the range of 0.01 mm 2 to 10 mm 2 . If the thickness is less than 0.01 mm 2 , it is not impossible to obtain side-by-side composite fibers similar to those of the present invention by conventional solution methods, which does not meet the purpose of the present invention. Moreover, bristles thicker than 10 mm 2 are not only so thick as to have little utility value, but also cannot be molded by other means such as compression molding, so the characteristics of the present invention are lost. The range in which the thickness of the bristles of the present invention is particularly useful is from 0.1 mm 2 to 5.0 mm 2 . The bristles of the present invention have a polymer layer mainly composed of PMIA (A
layer) and an inorganic layer (layer B) consisting of a random mixture of inorganic particles and the PMIA are arranged side-by-side to exhibit a composite structure. FIG. 1 is a cross-sectional view of a bristle schematically showing a typical example of this composite structure. Which of the structures shown in Figs. 1 to 3 is adopted depends on the purpose, but the features of the present invention are more noticeable when using the Sanderch structure as shown in Fig. 2 or the multilayer structure as shown in Fig. 3. It is often demonstrated. For example, in the case of heat-resistant and durable abrasive bristles, which is one of the objects of the present invention, as shown in FIG. The layer (B layer) is a polymer layer (A
A structure in which the material is sandwiched between two layers is desirable. In other words, one of the advantages of abrasive bristles exhibiting such a structure is that the degree of exposure of the inorganic layer on the bristle surface is small, so that the abrasive agent (inorganic particles) from the bristle surface that has no direct effect on the abrasive action is removed. This means that there is very little drop-off. This effect can be cited as a great advantage not only when the bristles are used as an abrasive brush, but also in the packaging and transportation process of bristle products. Other advantages of the bristles of the present invention, including the structure of FIG. 1, include greater tensile strength as well as greater bending durability compared to simple random structures of inorganic strips and PMIA. In other words, since wholly aromatic polyamides have a molecular structure with a hard skeleton, the fibers themselves are generally hard and tend to be brittle. If inorganic particles are randomly mixed into such PMIA, this tendency will further increase, and even a small external strain will easily cause the PMIA to break. In the case of bristles with a thickness of 0.01 mm 2 to 10 mm 2 , which is the object of the present invention, the strain on the bristle surface portion due to bending is quite large, so a simple random structure is very likely to break. This phenomenon becomes more noticeable as the mixing ratio of inorganic particles increases. However, in the sandwich-shaped bristles as shown in Fig. 2 of the present invention, bending due to natural buckling occurs in a direction perpendicular to the boundary line between layers A and B (i.e., the direction in which the bending stiffness EI is smallest). The strain occurring in layer B, which exists in the center and is thin, is extremely small, and therefore is difficult to break. The polymer layer (A layer) and the inorganic layer (B layer) in the present invention
In terms of bending durability, the total number of
The three layers shown in the figure are desirable, but if other functions are important, two or four layers may be more useful. For example, when it is desired to expose an inorganic layer on the surface of the bristles, two layers as shown in FIG. 1 are preferable. Furthermore, when it is desired to impart electrical or magnetic functions to the bristles, it has been found that there are cases in which about seven layers as shown in FIG. 3 are more useful. However, if the number of layers is increased unnecessarily, not only will molding of the molded product be complicated, but if the number of layers becomes 10 or more, there will be a limit to the effect of multilayering. According to the present invention, the content ratio of inorganic particles in the B layer of the bristles can be changed arbitrarily, but the characteristics of the bristles of the present invention are more fully exhibited at a high mixing ratio of 30 to 95% (by weight). . It has been demonstrated that such a high mixing ratio is possible for the first time by the novel method of the present invention. Furthermore, according to the method of the present invention, the area ratio of layer A and layer B in a cross section perpendicular to the length direction of the bristles can be changed to an arbitrary ratio, but the feature of the present invention is 20:80 to 95:5. It is even more effective in the range of As shown in FIGS. 4 and 5, the composite molded product used in the method of the present invention has a shape with a uniform cross section in at least one direction (the Y direction in the drawings),
And the porosity (ε%) is 5% or less. The porosity (ε%) here is defined by the following formula, where Va is the apparent volume of the molded product, and Vr is the true volume of the PMIA component and inorganic fines component that constitute the molded product. ε=Va−Vr/Va×100 (%) In order to produce the bristles of the present invention, a molded product with ε of 5% or less, preferably 1% or less should be used as a raw material. If a molded product with ε exceeding 5% or more is used, a large amount of gas will be mixed into the bristles during the manufacturing process, and the mechanical properties of the resulting bristles will deteriorate, making it impossible to achieve the object of the present invention. Although the manufacturing method for the above-mentioned composite molded article is not specified, it is preferable to compression mold the PMIA using porous aggregated particulate powder by interfacial polymerization. Compression molding conditions vary depending on the shape of the molded product, but the glass transition point (Tg℃) of PMIA
It should be carried out at a temperature above the melting point and below a pressure of 20 to 1000 kg/cm 2 . The uniform cross section of the composite molded product is not only rectangular as shown in Figure 4 and circular as shown in Figure 5, but also triangular, hexagonal,
Alternatively, it may be of any shape, such as an ellipse, but it must be substantially uniform in the length direction. Moreover, since the molded products have a finite length except in special cases, the uniform cross-sectional shape and area of the plurality of molded products as raw materials must be substantially the same. A plate-shaped composite molded product as shown in FIG. 4 can be manufactured using a compression molding machine as shown in FIG. 6 in the following manner. First, PMIA powder (A) and inorganic particles are used as raw materials.
Prepare PMIA mixed powder (B), preferably preheat the powder to about 200°C, and then add the first A component (A- 1) is fed into a compression molding machine in which the upper heating plate 2 slides toward the back of the drawing to open the upper part, and then the B component is further fed into the second A component (A-
2). Next, the heating plate 2 is slid toward the drawing surface and the lid is closed, and the piston 7 of the hydraulic cylinder 8 is operated upward to gradually increase the pressure.
Heaters are built into the outer walls of this compression molding machine, that is, the upper heating plate 2, the heating frame 3, and the lower heating plate 4, and the temperature is controlled at 300 to 350°C. The pressure continues to increase gradually, and the pressure eventually reaches 1 to 20.
When the pressure reaches Kg/cm 2 , preferably 3 to 10 Kg/cm 2 , the operation of the piston is temporarily stopped. The compression pressure starts to decrease at the same time as the piston stops, but when the pressure decreases to 1/10 or less, preferably to substantially 0, the piston is operated again to start increasing the pressure. This 1 at the stage when the compression pressure reaches 1 to 20Kg/cm 2
The time-stopping process is extremely important in performing the roles of heat transfer to the interior of the PMIA powder aggregate, uniform moisture containment within the PMIA polymer, and removal of air and excess moisture. This temporary stopping process is required at least once, preferably twice, and more preferably from 3 to 7 times. In other words, when the pressure becomes substantially 0 in the first 1-pause process, the pressure increase is started again, and when the pressure reaches 1 to 20 kg/cm 2 , a second 1-pause process is performed, and the pressure becomes substantially 0. When it reaches 0, start increasing the pressure again. After completing the above pressure raising/lowering operation, the final pressure is increased to at least 30 kg/cm 2 , and if necessary, this state is maintained for a certain period of time to ensure uniform density, and compression molding is completed. To take out the molded product, in the case of the molding machine shown in the figure, slide the upper heating plate 2 toward the back of the drawing to release the upper part, and then move the piston 7 upward to remove the PMIA.
This is done by extruding the molded product to the outside. If the PMIA molded product sticks to the inner wall of the molding machine, it may be difficult to remove it, so it is desirable to take measures to release the product, such as treating the inner wall of the molding machine with fluororesin. The molded product thus obtained has a shape that has a uniform cross section in at least one direction (Z direction) as shown in FIG. The structure is arranged side by side. FIG. 7 is a schematic diagram of an apparatus for producing bristles of the present invention using the plate-shaped molded product of FIG. 4 as an intermediate raw material. In FIG. 7, a plate-shaped molded product 10 as shown in FIG.
is the vertical direction (Z direction) of a defined uniform cross section
A large number of slides are arranged facing upward on the slide 20 as shown in the figure. The molded products 10 arranged in this way are
A push roller group 40 (three pairs of rollers in the drawing) is sequentially supplied downward along the guide wall 30.
It is then forcibly pushed into the preheating zone (Zp) while being held between rollers. At this time, the preheating zone needs to have a passage that can move in the vertical direction (Z direction) of the uniform cross section of the molded product 1 while substantially maintaining its shape, as shown in FIG. The passage of the apparatus is formed by a preheating box 50 having a similar cross-sectional space slightly larger than the defined uniform cross-section (a x b) of the molding. A heater 50' is embedded in the wall of this preheating box to precisely control the temperature of the passage. This passage does not necessarily have to be box-shaped as shown in FIG. 7, but may be regulated so that the molded product within the preheating zone always moves accurately along a constant path. For example, even if the boxes have a similar box shape, the inner wall may have a corrugated shape. In the preheating zone formed by such a preheating box 50, the PMIA molded product is
It is gradually preheated to a preheating temperature (Tp°C) not exceeding 20°C higher than the glass transition point (Tg°C) of the glass and is moved to the end of the preheating zone (Zp). This preheating temperature (Tp°C) should be controlled by measuring the internal temperature of the PMIA molded product. It can be controlled indirectly by controlling Tp. The preferred preheating temperature (Tp) should be the maximum temperature at which the molding in the preheating zone remains substantially unchanged in cross section even with high indentation pressures. If Tp is too high, the molded product in the preheating zone will soften due to heat and change its cross-sectional shape greatly, and it will stick to the inner wall of the preheating box or buckle, causing it to get stuck in the passage, or vice versa. If Tp is too low, the temperature must be raised too quickly in the next softening zone, resulting in uneven heating. Appropriate ranges for the preheating temperature Tp and the softening temperature Ts in the next step were found by examining in detail the various behaviors of the PMIA molded product due to thermal changes. For example, according to differential thermal analysis (DTA) and differential scanning calorimetry (DSC), the glass transition temperature (Tg)
You can know the temperature and melting point (Tm). DTA and
Since the Tg and Tm obtained by DSC may differ slightly depending on the measurement conditions, in this invention we use
Tg
Read Tg -, define the midpoint as Tg, and define the endothermic peak in the melting temperature region (around 420℃).
It was defined as Tm. In addition, the thermal decomposition point was determined from thermogravimetric analysis (TGA), and it was found that for PMIA, it is almost the same as Tm. A detailed examination of the TGA curve in air at a heating rate of 10°C/mm shows that at such a slow heating rate, there is a gradual weight loss trend from around 380°C. Therefore, it can be seen that it is not preferable to maintain this temperature state for a long time. Furthermore, according to the dynamic viscoelasticity measurement device (described above) and thermomechanical analysis device (for example, Rigakudenki's Thermoflex TMA device), the elongation (contraction) curve under a constant load is (obtained), it is possible to know the response of the mechanical properties of PMIA due to thermal changes. According to these measurement results, the elastic modulus begins to decrease significantly from about (Tg - 10°C), but up to about (Tg + 20°C), the viscous resistance is strong and it does not deform very much in response to external forces. However, from about (Tg + 40°C) it begins to soften extremely rapidly and becomes fluid. The inventor calls this temperature the softening point of PMIA. Based on the above basic study results, PMIA
According to the results of indentation experiments with various preheating temperatures Tp of the formed material, when the preheating temperature exceeds Tg + 20℃, the minimum pressure required to extrude PMIA (approximately 20Kg/
cm 2 ), the molded product is compressively deformed in the preheating zone, the cross section of the molded product expands or buckles, and it sticks to the inner wall of the passageway in the preheating zone, making it difficult to move smoothly in the passageway. When setting the preheating temperature specifically, it is necessary to consider the pressure required to extrude the softened PMIA from the orifice. This pressure varies depending on various factors such as the structure of the softening zone and the softening temperature, but according to the inventor's experimental results, it is between 20Kg/cm 2 and 1000Kg/cm 2
The required pressure is within the range of the pushing roller group 40.
obtained by increasing the number of . The basic role of the molded product in the preheating zone is to act as a flange for extruding the softened PMIA from the orifice, so it is important that it substantially maintain its shape. Therefore, during high-pressure extrusion, the temperature should be lower than the temperature at which the elastic modulus begins to decrease significantly (Tg - 10°C). However, if the preheating temperature is set too low, it becomes difficult to raise the temperature in the softening zone, making it difficult to increase the extrusion speed. The preferred range of preheating temperature is (Tg - 30°C) to (Tg - 10°C). The length Zp of the preheating zone in the present invention has a length sufficient to raise the temperature inside the molded product to the above preheating temperature. Therefore, if the temperature of the preheating box is set to Tp, the temperature of the molded product moving at a constant speed in the preheating zone will reach Tp in the middle of the preheating zone, and while maintaining this temperature, it will reach Tp at the end of the preheating zone. Move up to. The terminus of the preheating zone as used herein refers to a location within about 10 mm from the entrance of the heating die 70 (softening zone) in the next step.
Ideally, the preheating temperature Tp should be maintained at a temperature that does not exceed Tg + 20°C until the complete end of the preheating zone, but if it is within about 10 mm to the entrance of the softening zone, it may be slightly exceeded due to heat conduction. I don't mind. However, the preheating temperature Tp should be designed so that it does not exceed Tg + 20°C until just before the softening zone.According to the study results of the present inventors, first, the preheating temperature should be set within the above-mentioned preferable range.
The second step is to insulate the boundary between the preheating zone and the softening zone with a heat insulating material as shown in Figure 7-60, and the third step is to minimize the heat conduction from the heating nozzle. Three points are effective. Now, the molded product preheated to the preheating temperature Tp as described above is press-fitted into the softening zone of the heating die shown in FIG. This softening zone is a softening extrusion of at least 3 mm in length with at least one attenuation passage formed by an orifice at the end. The role of this softening zone is primarily the preheated
The process involves rapidly heating the PMIA molded product to a softening temperature Ts to soften it.Secondly, during the thinning process while softening, the joints of the PMIA molded product are crimped and connected.
The third purpose is to convert the continuous softened product into a continuous softened product, and the third purpose is to uniformly discharge the continuous softened product from an orifice. Although various measures are required to effectively fulfill the above-mentioned role, one example is shown in FIG. 8, which is an enlarged view of the vicinity of the heating nozzle 70 in FIG. 7. That is, the molded product preheated to Tp in the preheating zone is press-fitted into a heating die 70 having an inlet with a V-shaped cross section as shown in FIG. A heater 70' is installed in the heating cap 70, and the press-fitted composite molded product 10 comes into contact with the inner wall of the inlet heated by this heater, and is softened from the surface, and the A and B layers are softened. While retaining the side-by-side structure, it moves while becoming thinner, and finally reaches Tg+40℃Ts (Tm
-20°C), and is subdivided and extruded by a large number of orifices N arranged close to each other in the direction perpendicular to the drawing. At this time, the set temperature of the heating die is naturally set higher than Ts, but the degree depends on the moving speed of the molded product. Mixture of inorganic particles discharged from orifice N
A large number of small streams of PMIA are discharged into a heat-retaining zone of length Zk consisting of a heat-retaining box 80, and are forcibly taken away by a take-off roller 90. On this occasion,
In the heat retention zone, the temperature near the discharge port of the orifice (Tk℃) is changed to TgTk (Tm - 20℃).
should be maintained within the range of . Here, the temperature near the orifice outlet means 3.
mm to 10 mm refers to the space temperature at a distance. Tk
If it is below the glass transition point Tg of PMIA, uneven discharge may occur due to cooling of the orifice plate surface, or draft may not rise due to rapid cooling, and unevenness is likely to occur. The preferred range of Tk is Tg + 50°C, TkTm - 50°C, and it is preferably set approximately equal to the softening temperature Ts in the softening zone. The wholly aromatic polyamide bristles 10' mixed with inorganic particles and exhibiting a side-by-side structure taken by the take-up roller 90 may be used as a product as is, but it may be stretched at a temperature near Tg to increase the strength. can. e Examples Example 1 A powder of porous aggregated particles with an average particle diameter of 50 μm of polymetaphenylene isophthalamide obtained by polymerizing metaphenylene diamine and isophthalic acid chloride at the tetrahydrofuran/water interface was used as a polymer raw material. It was adopted as This PMIA powder (intrinsic viscosity measured in N-methylpyrrolidone is 1.35, Tg and Tm measured by DSC are 277°C and 423°C, respectively)
100% (component A) and 60% white alumina (Fujimi Abrasives Industry KK) with an average particle size of 34μ to this powder.
% mixed inorganic fine particles (component B) were prepared, and using the compression molding machine shown in Fig. 6, A-1 and A-2 were prepared.
40g of each component and 35g of component B were laminated as shown in Figure 6, and compression molded at 320℃ and 100Kg/ cm2 pressure to form a plate-shaped composite molded product as shown in Figure 4 (a = 8mm, b = c
= 100 mm, ε = 0.1%) were manufactured in large numbers. Next, using this composite molded product as a raw material, bristles were manufactured using the apparatus shown in FIG. 7 under the conditions shown in Table 1. The physical properties of the obtained bristles are shown in Table 2, and the results when used as an abrasive brush were extremely satisfactory.
【表】【table】
【表】
実施例 2
実施例1と同一のPMIA粉体(A成分)と、平
均粒径が20μのストロンチウムフエライト粉体70
%ランダム混合粉体(B成分)を用意し、第6図
の圧縮成形機を用い、A成分20gとB成分15gづ
つをA成分を外層として計7層積層して圧縮成形
し、板状の複合成形物を多数製造した。
次にこの複合成形物を原料とし、第7図の装置
を用いて、第4表の条件で剛毛を製造した。
得られた剛毛の断面形態は第3図の如きもので
あり、物性は第5表の通りであつた。
次にこの剛毛を、A、B層に平行な方向にN極
とS極を分極するように磁化せしめられ磁性剛毛
を作成した。この磁性剛毛は、ストロンチウムフ
エライトの同率ランダム混合剛毛より力学的性質
が優れているだけでなくストロンチウムフエライ
トの高密度効果の為か、より強い磁性を示した。[Table] Example 2 Same PMIA powder as Example 1 (component A) and strontium ferrite powder 70 with an average particle size of 20μ
% random mixed powder (component B) was prepared, and using the compression molding machine shown in Figure 6, 20 g of component A and 15 g of component B were laminated in a total of 7 layers with component A as the outer layer, and compression molded to form a plate. A large number of composite molded products were manufactured. Next, using this composite molded product as a raw material, bristles were manufactured using the apparatus shown in FIG. 7 under the conditions shown in Table 4. The cross-sectional form of the obtained bristles was as shown in FIG. 3, and the physical properties were as shown in Table 5. Next, the bristles were magnetized so that the N and S poles were polarized in a direction parallel to the A and B layers to create magnetic bristles. These magnetic bristles not only had better mechanical properties than bristles randomly mixed with equal proportions of strontium ferrite, but also exhibited stronger magnetism, probably due to the high density effect of strontium ferrite.
【表】【table】
【表】【table】
第1図〜第3図は本発明の無機細片混合全芳香
族ポリアミド剛毛の断面構造の典型的な例を模式
的に示す図である。第4図は、本発明の剛毛製造
方法において、中間原料として用いられる板状の
複合成形物の例であり、又第5図はロツド状複合
成形物の例を示す図である。第6図は、第4図の
板状複合成形物を製造する為の圧縮成形機の断面
図である。第7図は、第4図の板状複合成形物を
中間原料として本発明の剛毛を製造する装置の概
略図である。第8図は、第7図の加熱口金70の
近傍の拡大図である。
FIGS. 1 to 3 are diagrams schematically showing typical examples of the cross-sectional structure of the fully aromatic polyamide bristles mixed with inorganic particles of the present invention. FIG. 4 shows an example of a plate-shaped composite molded product used as an intermediate raw material in the bristle manufacturing method of the present invention, and FIG. 5 shows an example of a rod-shaped composite molded product. FIG. 6 is a sectional view of a compression molding machine for manufacturing the plate-like composite molded product of FIG. 4. FIG. 7 is a schematic diagram of an apparatus for producing bristles of the present invention using the plate-shaped composite molded product of FIG. 4 as an intermediate raw material. FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the heating nozzle 70 in FIG. 7.
Claims (1)
ンイソフタルアミド単位である全芳香族ポリアミ
ドより主としてなる重合体層(A層)と、無機細
片及び該全芳香族ポリアミドとのランダム混合物
よりなる無機層(B層)とより形成された剛毛で
あつて、その剛毛の長さ方向に対する垂直断面に
おいて該重合体層(A層)と該無機層(B層)と
がサイドバイサイドに配置され、且つ剛毛の該断
面における断面積が0.01mm2〜10mm2の範囲にあるこ
とによつて特徴づけられる無機細片混合全芳香族
ポリアミド剛毛。 2 該重合体層(A層)と該無機層(B層)と
は、前記垂直断面において、面積比で20:80〜
95:5の範囲にある第1項記載の全芳香族ポリア
ミド剛毛。 3 該無機層(B層)は、その層における無機細
片の含有割合が重量で30〜95%の範囲である第1
項記載の全芳香族ポリアミド剛毛。 4 前記直角断面において該重合体層(A層)と
該無機層(B層)とが合計で2〜5の層で形成さ
れる第1項記載の全芳香族ポリアミド剛毛。 5 全繰返し単位の85モル%以上がメタフエニレ
ンイソフタルアミド単位である全芳香族ポリアミ
ドより主としてなる重合体層(A層)と、無機細
片及び該芳香族ポリアミドとのランダム混合物よ
りなる無機層(B層)とより形成された複合成形
物から、該重合体層(A層)と該無機層(B層)
とが長さ方向に対する直角断面においてサイドバ
イサイドが配置され、且つ該断面における断面積
が0.01mm2〜10mm2の範囲にある無機細片混合全芳香
族ポリアミド剛毛を得るために、下記(a)〜(d)の条
件を満足することを特徴とする全芳香族ポリアミ
ド剛毛の製造方法。 (a) 該複合成形物は、空隙率(ε%)が5%以下
であり、且つ少くとも一方向が一様な断面を有
する形状を有したものであり、しかもその複合
成形物の一様な断面において該重合体層(A
層)と該無機層(B層)とがサイドバイサイド
に配置されており、 (b) 該複合成形物を、該複合成形物の定められた
一様な断面の垂直方向に実質的に形態を保持し
たまま移動し得る通路に強制的に押込みつつ移
動させ、 (c) 次いで、該複合成形物を少くとも末端部がオ
リフイスで構成された細化通路を有する加熱口
金に圧入させ、 (d) 該加熱口金においては、該複合成形物を下記
式を満足する軟化温度(Ts℃)に至るまで該
細化通路内を急速に加熱して、該オリフイスか
ら吐出させて引取る。 (Tg+40℃)≦Ts≦(Tm−20℃) (但しTg及びTmは、それぞれ全芳香族ポリア
ミドのガラス転移点(℃)及び融点(℃)を意味
する。)[Scope of Claims] 1. A polymer layer (layer A) mainly composed of a wholly aromatic polyamide in which 85 mol% or more of the total repeating units are metaphenylene isophthalamide units, an inorganic fragment, and the wholly aromatic polyamide. The polymer layer (A layer) and the inorganic layer (B layer) are formed side by side in a cross section perpendicular to the length direction of the bristles. Totally aromatic polyamide bristles mixed with inorganic particles, characterized in that the cross-sectional area of the bristles in the cross-section is in the range of 0.01 mm 2 to 10 mm 2 . 2 The polymer layer (A layer) and the inorganic layer (B layer) have an area ratio of 20:80 to 20:80 in the vertical cross section.
Fully aromatic polyamide bristles according to claim 1 in the range 95:5. 3 The inorganic layer (layer B) is a first layer in which the content of inorganic particles in the layer is in the range of 30 to 95% by weight.
Fully aromatic polyamide bristles as described in Section. 4. The wholly aromatic polyamide bristles according to item 1, wherein the polymer layer (layer A) and the inorganic layer (layer B) are formed of 2 to 5 layers in total in the perpendicular cross section. 5. A polymer layer (layer A) mainly composed of a fully aromatic polyamide in which 85 mol% or more of the total repeating units are metaphenylene isophthalamide units, and an inorganic layer composed of a random mixture of inorganic particles and the aromatic polyamide. (B layer) from the composite molded product formed from the polymer layer (A layer) and the inorganic layer (B layer).
In order to obtain fully aromatic polyamide bristles mixed with inorganic particles, in which the bristles are arranged side-by-side in a cross section perpendicular to the length direction, and the cross-sectional area in the cross section is in the range of 0.01 mm 2 to 10 mm 2 , the following steps (a) to A method for producing wholly aromatic polyamide bristles, characterized by satisfying the condition (d). (a) The composite molded product has a porosity (ε%) of 5% or less and a shape with a uniform cross section in at least one direction, and the composite molded product has a uniform cross section. The polymer layer (A
layer) and the inorganic layer (layer B) are arranged side-by-side; (c) Next, the composite molded product is press-fitted into a heating mouthpiece having a narrowed passageway whose end portion is constituted by an orifice; (d) In the heating die, the composite molded product is rapidly heated in the narrowing passage until it reaches a softening temperature (Ts° C.) that satisfies the following formula, and is discharged from the orifice and taken off. (Tg+40℃)≦Ts≦(Tm−20℃) (Tg and Tm respectively mean the glass transition point (℃) and melting point (℃) of the fully aromatic polyamide.)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1208986A JPS62170518A (en) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | Totally aromatic polyamide bristle blended with inorganic small piece and production thereof |
| US06/854,839 US4751760A (en) | 1985-04-23 | 1986-04-23 | Wholly aromatic polyamide fibers and composite fibers, process for production thereof and use thereof |
| EP86303073A EP0200472B1 (en) | 1985-04-23 | 1986-04-23 | Wholly aromatic polyamide fibers and composite fibers, process for productiion thereof and use thereof |
| DE8686303073T DE3675976D1 (en) | 1985-04-23 | 1986-04-23 | FIBERS AND COMPOSITE FIBERS FROM FULLY FLAVORED POLYAMIDES, METHODS FOR THE PRODUCTION AND USE THEREOF. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1208986A JPS62170518A (en) | 1986-01-24 | 1986-01-24 | Totally aromatic polyamide bristle blended with inorganic small piece and production thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62170518A JPS62170518A (en) | 1987-07-27 |
| JPH0373655B2 true JPH0373655B2 (en) | 1991-11-22 |
Family
ID=11795845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1208986A Granted JPS62170518A (en) | 1985-04-23 | 1986-01-24 | Totally aromatic polyamide bristle blended with inorganic small piece and production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62170518A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102005017498B4 (en) * | 2005-04-15 | 2010-07-08 | Siemens Ag | Synchronous linear motor with contactless scanning of the tooth structure of the abutment |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58136829A (en) * | 1982-02-09 | 1983-08-15 | Teijin Ltd | Fibrous material, its preparation and brush |
| JPS605681A (en) * | 1983-06-23 | 1985-01-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method and apparatus of solid-state image pickup |
-
1986
- 1986-01-24 JP JP1208986A patent/JPS62170518A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62170518A (en) | 1987-07-27 |
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