JPH06228809A - 高強力ポリエチレン繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】他のポリマー素材に比較して軽量で、マトリッ
クス材料との接着性に優れた低コストのポリエチレンか
ら成る高強力の多孔質繊維を提供する。 【構成】密度が０．９６０ｇ／ｃｍ^３以上、好ましくは
０．９６５ｇ／ｃｍ^３以上で、分子量が１５万〜１００
万の範囲、より好ましくは２０万〜１００万の範囲のポ
リエチレンより、中心部が実質的に非多孔質であり、繊
維表面から０．２〜５μｍの領域に平均的孔径０．０１
〜２μｍの微孔が開孔率２０〜９０％で存在することを
特徴とする繊維直径１〜５００μｍ、引張り強度８ｇ／
ｄ以上の高強力ポリエチレン繊維を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、樹脂強化材、セメント
強化材等の機械的強度が要求される分野の使用に適する
新規な補強用の高強力ポリエチレン繊維に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリエチレンの高強力繊維の製造方法と
しては次のような方法が知られている。第一はゲル延伸
方法であり、具体的にはｐｏｌｙｍｅｒ Ｂｕｌｌｅｔ
ｉｎ，１巻，１３３ページ（１９７９年）に記載されて
いる。この方法は溶剤を使用するためコストが高く、ま
た溶剤が残存する問題がある。

【０００３】第二の方法はダイ延伸法であり、英国特許
第２０６０４６９号明細書に開示されている。この方法
では溶剤を使用しない特徴を有するものの、非多孔質で
あるため、強化用材料として使用するにはマトリックス
材料との接着が不良と言う致命的欠点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】強化用材料として高強
力繊維に要求される重要な特性はマトリックス材料との
接着性である。接着力が不充分な繊維では強度の発現が
不充分である。従来の材料ではこの点に課題があり、接
着性を向上させるためにプラズマエッチング処理等の表
面処理を行なっておりコスト高の要因になっている。

【０００５】ポリエチレンは他のポリマー素材に比較し
て軽量であると言う大きな特徴を有し強度材料として広
く採用されているが、更に軽量でマトリックス材料との
接着性に優れた低コストの繊維材料が望まれている。そ
こで本発明者らはこのような課題を解決するために、軽
量で且つ接着性に優れるポリエチレンから成る高強力の
多孔質繊維を得るべく鋭意検討した結果本発明に到達し
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、中心部
が実質的に非多孔質であり、繊維表面から０．２〜５μ
ｍの領域に平均的孔径０．０１〜２μｍの微孔が開孔率
２０〜９０％で存在することを特徴とする繊維直径１〜
５００μｍ、引張り強度８ｇ／ｄ以上の高強力ポリエチ
レン繊維にある。

【０００７】以下本発明を更に詳しく説明する。本発明
で用いるポリエチレンは、分岐の少ない高密度ポリエチ
レンであることが好ましく、密度が０．９６０ｇ／ｃｍ
³ 以上、好ましくは０．９６５ｇ／ｃｍ³ 以上のもので
ある。

【０００８】本発明に用いるポリエチレンの分子量は１
５万〜１００万の範囲であり、より好ましくは２０万〜
１００万の範囲である。分子量が１５万未満のポリエチ
レンを用いた場合には、本発明の引張り強度が８ｇ／ｄ
以上の多孔質繊維は得られない。また分子量が１００万
を越えるポリエチレンでは繊維表面の微孔形成が困難で
ある。

【０００９】本発明の繊維には、繊維表面から中心部へ
０．２〜５μｍ、好ましくは０．２〜２μｍの領域で微
孔が開いている。このような微孔が繊維表面に開孔して
いるためマトリックスとはアンカー効果により強固に接
着する。

【００１０】繊維表面から０．２μｍ未満の領域で開孔
しているだけではマトリックスとの接着力が不足する。
５μｍを越える領域迄開孔すると繊維の強度発現が不充
分となる。

【００１１】繊維の強度発現と接着力とのバランスを考
えると、中心部の非多孔質部分は、非多孔質部分／繊維
の半径 が６０〜９９．９２％より好ましくは６５〜９
０％最も好ましくは７０〜８０％であり、残り表面部分
が微孔の開いている領域である。

【００１２】微孔の平均的孔径は０．０１〜２μｍであ
る。０．０１μｍ未満の微孔ではマトリックスとの接着
性が不良である。２μｍを越える微孔では繊維の強度発
現が不充分である。

【００１３】微孔の開孔率は２０〜９０％である。より
好ましくは２５〜８０％である。開孔率が２０％未満で
はマトリックスとの接着性が不良であり且つ軽量化の効
果も少い。９０％を越える開孔率では強度発現が不充分
である。

【００１４】微孔の形は限定されないが、繊維軸方向に
延びたスリット状の微孔がマトリックスとの接着性の観
点から特に好ましい形である。

【００１５】繊維の直径は１〜５００μｍである。より
好ましくは３〜２００μｍであり、更に好ましくは５〜
１００μｍである。

【００１６】繊維の強度は８ｇ／ｄ以上より好ましくは
１０ｇ／ｄ以上である。

【００１７】本発明の繊維はいかなる方法で製造されて
もいいが、特に溶融賦形・延伸法が低コストで高強力の
表面多孔性の繊維を得る方法として優れる。以下本発明
の繊維を製造するための一方法を説明する。

【００１８】本発明の繊維を安定して得るためには、紡
糸温度はポリマーの融点より４０〜１５０℃高い範囲の
温度に設定するのが望ましい。この温度範囲より低温領
域で紡糸した場合は、ポリマーの溶融が不完全となりメ
ルトフラクチャーが起こりやすく、延伸工程での安定性
が低下する。また逆にこの温度範囲より高い温度領域で
紡糸を行なう場合は、多孔質化が困難となる。

【００１９】適当な紡糸温度で吐出されたポリマーは、
紡糸ドラフト５〜６０００の範囲で引き取るのが望まし
い。紡糸ドラフトが６０００を越えると４００％以上の
総延伸が可能な未延伸繊維が得られない。紡糸ドラフト
が５未満では高配向の未延伸繊維が得られず延伸多孔質
化が不可能である。

【００２０】かくして得られた未延伸繊維は、ラメラ晶
が繊維軸方向に高度に配向積層した未延伸繊維である。
この未延伸繊維は１００〜１３０℃、より好ましくは１
１５〜１３０℃の温度条件下で熱処理し延伸に供され
る。必要な熱処理（アニール処理）時間は１分以上１時
間以下である。

【００２１】１分未満のアニール処理では２０％以上の
開孔率を達成できない。１時間を越えるアニール処理で
は、繊維の中心部まで延伸時に開孔するので好ましくな
い。

【００２２】次いで室温付近で１０〜１００％程度延伸
する。その後９０〜１３０℃の温度範囲で、変形速度が
１秒につき１０％以上で総延伸量が１０倍以上になるよ
うに熱延伸を行ない、繊維表面を多孔化する。かくし
て、繊維強度が８ｇ／ｄ以上の繊維表面が開孔した不均
質構造の高強力繊維が得られる。繊維の形状は円形、楕
円形、三角形等の異形等適宜採用しえる。

【００２３】

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明す
る。 実施例１ 密度が０．９６０ｇ／ｃｍ³ 、分子量が２２万の高密度
ポリエチレンを紡糸温度２３２℃でノズルから押し出し
ドラフト比１８５で直径が３８μｍの繊維を巻取った。

【００２４】この未延伸繊維を１２５℃で２分間アニー
ル処理を施した後、室温で７０％延伸し次いで１２５℃
に加熱した加熱凾中で１秒につき１２％の変形速度で総
延伸量が１３倍になるまで延伸を行ない、連続的に表面
を多孔化した繊維を製造した。

【００２５】得られた繊維は直径が２６μｍであり、繊
維表面から１．８μｍ厚みで平均的孔径０．３１μｍの
微孔が６５％の開孔率で開いており、中心部は実質的に
非多孔質であった。引張り強度は１４ｇ／ｄであった。

【００２６】実施例２ 密度が０．９６０ｇ／ｃｍ³ 、分子量が２８万の高密度
ポリエチレンを紡糸温度２４０℃でノズルから押し出し
ドラフト比９２で直径が７５μｍの繊維を巻取った。

【００２７】この未延伸繊維を１２０℃で５分間アニー
ル処理し、室温で５０％延伸し次いで１２５℃に加熱し
た加熱凾中で１秒につき１５％の変形速度で総延伸量が
１６倍になるまで延伸を行ない、連続的に表面を多孔化
した繊維を製造した。

【００２８】得られた繊維は直径が６１μｍであり、繊
維表面から１．２μｍの厚みで平均的孔径０．１５μｍ
の微孔が５９％の開孔率で開いており、中心部は実質的
に非多孔質であった。引張り強度は１７ｇ／ｄであっ
た。

【００２９】

【発明の効果】本発明の高強力ポリエチレン繊維は、繊
維表面側が多孔質の構造で中心側は非多孔質の構造であ
るので、軽量且つマトリックスとの接着性に優れるた
め、特に補強用繊維として極めて優れるものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部が実質的に非多孔質であり、繊維
   表面から０．２〜５μｍの領域に平均的孔径０．０１〜
   ２μｍの微孔が開孔率２０〜９０％で存在することを特
   徴とする繊維直径１〜５００μｍ、引張り強度８ｇ／ｄ
   以上の高強力ポリエチレン繊維。