JPS61102412A - 高強力ポリエチレン用紡糸原糸の製造法 - 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〉 本発明は高強力ポリエチレン繊維を工業的に製造する際
の紡糸原糸の製造法に関するものであシ、特に超高分子
量ポリエチレンの比較的高い濃度の溶液を用いて繊維化
したのち、低温熱風で乾燥することＫより繊維間のｍＭ
と単繊維の乱れを少なくシ、かつ２５倍以上の均一なロ
ーラ延伸を可能にさせることを目的とした紡糸原糸の製
造法に関するものである。

〈従来の技術〉 一般にポリマーの分子鎖末端は繊維微細構造上の欠陥部
となるため分子量の大患いポリマーはど単位体積当シの
分子鎖末端が少なく大きな強度が出ると期待されている
。

超高分子量ポリエチレンを紡糸する場合高い溶融粘性の
ためＫ１ｇ１％！紡糸を行なうことは困難であル通常超
高分子量ポリエチレンを溶剤に溶解した希薄溶液を用い
紡糸時に冷却固化するいわゆるゲル紡糸法が考案されて
いる。

Ｐ、Ｓｍ１ｔｈらは超高分子量ポリエチレン濃度が２重
量％以下の希薄溶液を用いゲル紡糸法により得られた紡
糸原糸を非常にゆつくシと高倍率で延伸し、高強力で高
モジコフスなポリエチレン繊維が得られることをＭａｋ
ｒｅｍｏｌ、　Ｃｈｅｍ第】８０巻Ｐ　２９８３−２９
８６　（１９７９）、Ｃｏ１１ｏｉｄ　＆　Ｐｏ１ｙ、
　＆ｉ。

第２５８巻Ｐ　８９１〜Ｐ　８９４　（１９８０）など
で報告している。

またＡ、　Ｊ　Ｐａｎｎｉｎｇｓらによシ超高分子址ポ
リエチレンの希薄溶液を流動下で配向結晶化させ延伸し
なくても高強力繊維が得られることがＰｏｌｙｍｅｒＢ
ｕｌｌｅＬｉｎ第１巻Ｐ　８７１〜Ｐ　８７６　（１９
７９）　Ｋ記載されている。

ｐ、　ｇｍｉＬｈらによシ得られた紡糸原糸の微細構造
は折シたたみ分子鎖（ｆｏｌｄ＠ｄ　ｃｈａｉｎ　）と
分子鎖のからみ部分（ｔｉ・＋ｎｏｌｅａｕｌｅ　）か
らなるフメフ構造をとっているとみなされておシ、延伸
によって折夛たたみ分子鎖が引き伸ばされて伸長分子鎖
の配向結晶化が起シＡ、　Ｊ　Ｐｅｎｎｉｎｇｓらの流
動結晶化と同様の微細構造をとることで高強力ｍ、維が
得られると考えられている。

従ってＰ、　Ｓｍ１ｔｈらの方法では高倍率な延伸で分
子鎖を伸ばすことが必須であり超高分子量ポリエチレン
の濃度が高い溶液では分子鎖のからみ部分が多いため３
０倍以上の高倍率延伸は難しいとされていた。また後述
するように延伸時のフィード速度が大きいと延伸倍率が
低下するため従来は操業性の乏しい速度で高倍率延伸を
行なってい九。

〈発明が解決しようとする問題点〉 実際本発明者らも工業的に生産可能なところまでポリエ
チレン濃度および延伸速度を高めた場合、延伸倍率が低
下する現象を認めているが、その後鋭意検討した結果比
較的高い濃度と延伸速度でも紡糸時の製造条件によシ均
一で高倍率な延伸ができる紡糸原糸が得られることを見
出した。即ち本発明は、超高分子量ポリエチレンの比較
的高い濃度の溶液を用いて、高倍率延伸かつ速度を高め
た延伸が可能な紡糸原糸の製造法を確立したものである
。

く問題点を解決するための手段〉 すなわち本発明は重量平均分子量が８０万以上のポリエ
チレンを３〜２０重量％溶剤に溶解した原液を紡糸する
際にノズ〜より吐出されるストランドを空冷によシ冷却
固化し、繊維化すると同時に紡糸ドラフトを２０以下に
し、得られた紡糸原糸をボビンに捲取る前または連続で
延伸する前に５０〜１１０℃の熱風を用い溶μ含有率が
ポリエチレンに対し２０重量％以下になるように乾燥す
ることを特徴とする高強力ポリエチレン用紡糸原糸の製
造法に関するものであシ、ポリエチレンの濃度、紡糸ド
ラフトおよび乾燥条件を適正化することＫより工業的な
生産ペースで高強力ポリエチレンｍ維安定に得ようとす
るものである。

なお特開昭５５−１０７５０６号、特開昭５８−５２２
８号などには溶剤を蒸発か洗浄で除去する点が記載され
ているが、本発明の如く熱風乾燥温度と溶剤含有率を選
定し工業ベースで高倍率延伸が可能な紡糸原糸を製造す
る方法は他に見られない。

以下本発明の内容を詳細に説明する。

本発明に言うポリエチレンとは重量平均分子量が８０万
以上のものであ夛、１５モル％以下の他のポリマーを共
重合したものあるいは染色、制電、耐熱、耐候、難燃な
どを向上する目的で１５モル％以下の改質剤を共重合し
たもの、または光沢、着色、高比重、導電、磁性、補強
々どを目的としたフィツーを１５重１ｋｇ６以下添加し
たものあるいはこれらを２種以上混合したものを含んで
もかまわない。

重量平均分子量が８０万未満では２５倍以上の延伸は難
しく高強力繊維を得ることは困難である。

重量平均分子量が高いほど高強力繊維を得易いが、ｙ対
に溶液の粘度が高くなるため高濃度溶液での紡糸が困難
となり、希薄溶液では採算が合わなく表る。ポリエチレ
ンの重量平均分子量は性能と採算性の点で１２０万ない
し３００万が好ましい。

ポリエチレンを溶解する溶剤は冷却固化の点で好ましく
は７０℃以上のゲル化温度を有するものであシ、例えば
、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、デカリン、
キシレン、ナフタリン、バフフィンなどの脂肪族または
脂環式炭化水素あるいは脂肪族または芳香族炭化水素が
主成分の石油系ソルベント、あるいはジクロルベンゼン
などのハロゲン化炭化水素あるいはこれら２種以上の混
合溶剤などがあるが本発明はこれらに限定されるもので
はない。

本発明ではポリエチレン繊維から溶剤を除去する場合、
乾燥によって該溶剤を蒸発させる方法と、他の薬品で該
溶剤の全部又は一部を抽出した後乾燥する方法が考えら
れいずれの方法でも何ら支障ないが、操作性の面では前
者の方が有利である。

乾燥だけで溶剤を除去する場合該溶剤の沸点は好ましく
は原液調製時および紡糸時の温度よυ高い温度であシか
つ乾燥の点でできる限り低い温度が望ましく、１５０℃
〜２３０℃が良い。他の薬品を用いて溶剤を抽出する場
合該薬品は沸点が低く乾燥し易いもの、例えばｎ−へキ
サン、ベンゼン、トルエン、エタノール、ｎ−ゲタノー
ル、フェノールなどであシ、乾燥後の紡糸原糸における
該薬品の残存艦は５％以下が好ましい。

超高分子量ポリエチレンを溶剤に溶解する時の濃度は３
〜２０重量％であ９３重量％未満では安定な紡糸が困難
であシかつ紡糸原糸の膠着性や経時変化さらには採算性
の点で好ましくない。

ポリエチレン濃度が２０３１盆％を超えると粘度が非常
に高く均一な溶解が難しくまた分子鎖のからみが多くな
るためか高倍率延伸が出来なくなる問題を生じる。

従って最適なポリエチレン濃度は分子量によって異なシ
例えば重量平均分子量が２００万では濃度５〜ＩＯ重量
％が好ましい。

またｗ／、雄性能とコストの点から分子量が１２０万な
いし３００万で濃度５〜１５重量％が特に好ましい。

ポリエチレン溶液を通常のギャボングと紡糸ノズルによ
シ繊維状に吐出させただちに冷却固化させて繊維化する
が、この場合延伸倍率の増大を図る上で紡糸ドラフトは
２０倍以下が好ましく、さらに好ましくは１〜１５であ
る。

紡糸ドラフトは次式で算出されるが紡糸ドラフトが２０
倍を超えると延伸倍率は急激に低下し、得られる延伸糸
は例えば強度２０　ｙ／’ｄ以下の４のとなる。

ＳＤ＝　３．１４　Ｘ　Ｄ２Ｘ　Ｔｕ／４Ｑ紡糸ドラフ
トが１以下でも安定な紡糸は可能であるが、吐出量また
は紡速が低くなシ生産性の低下で好ましくない。

なお吐出量および紡糸速度を低下させずにノズルの孔径
を小さくして紡糸ドラフトを１以下、にした場合は次式
で表わされる吐出線速度が高くなシ分子配向の増加によ
る延伸性の低下を起こし好ましくない。吐出線速度は６
００　ＣＮ／ｍｉｎ以下、好ましくは１００〜４０００
１７ｗ１ｎである。

吐出線速度＝　４　Ｑ　／　３．１４　Ｘ　（Ｄ／１０
　）”またノズル孔径を小さくするとノズルバックの圧
力が高くな夛原液のバック副れが起シ易く、かつ紡出原
液がノズル付近に滞留し糸条が不安定となって二一イン
グや単糸切れを誘発して好ましくない。

本発明では得られた紡糸原糸をボビンに捲取る前または
連続で延伸する場合はその前に１１０６Ｃ以下の熱風を
用い定長下あるいは２０％以下の収縮または伸長下で乾
燥し、溶剤含有率を２０重１％以下にする必要がある。

溶剤除去が不十分なｔｔＫボビンに捲取った場合は後日
溶剤が蒸発した時、単繊維間およびヤーン間の膠着が激
しく、かつ紡糸原糸を解舒した時収縮斑による毛羽や断
糸が奎発しひいては延伸倍率の低下によう高強力繊維が
得られない。

均一で高倍率の延伸が可能な紡糸が糸を得るＫはボビン
に捲取る前または連続で延伸する場合はその＠に溶剤含
有率をポリエチレンに対し２０重量％以下、好ましくは
１０重量％以下にしなければならない。

溶剤除去で最も簡単で安価な方法は乾燥であるが、本発
明者らが乾燥条件について種々検討した結果、乾燥効率
と融着の点から熱風乾燥方式が最適であシ、さらに熱風
温度は５０〜１１０℃、風速は走行繊維上で１〜１０　
ｍ７ｓｅｃであるのが好ましいことが判明した。

熱風温度が１１０’Ｃを越えると繊維の収縮性が著しく
、さらに高温では溶融して切断が起る。

また９０℃以上では高温になるほど繊維の微細構造に変
化が起とシ延伸され易い折シたたみ分子鎖が減少するた
めか、延伸倍率の低下を招くことが判明した。従って、
糸条形態、延伸性および乾燥効率の点から熱風温度Ｆｉ
６０〜９０℃が特に好ましい。

熱風の速度が１乳／＠６６未満では乾燥効率が悪く、１
０　ｒｒＬ／ｓｅｅを超えると糸乱れが起こシ単糸のた
るみや集束性の不良により延伸斑や延伸時の毛羽断糸を
誘発していずれも好ましくない。

また風量は安全の点でポリエチレン溶剤の爆発限界下限
の５倍以上が望ましい。

乾燥時は足長下あるいは伸長下あるいは収縮下で行なっ
ても支障ないが、収縮下での乾燥では繊維の乱れを起こ
さない程度が艮〈収ａ率２０％以下が好ましい。

乾燥により溶剤含有率を低下させ繊維の膠着や無張力下
の紡糸原糸解舒時の単繊維の乱れおよび原糸の経時変化
を少なくすることが本発明の目的の１つであるが、繊維
の膠着が激しい場合は単繊維間の延伸斑を起こし易く単
糸切れを誘発するので好ましくない。

膠着をさらに少なくするために溶剤含有率を低下させる
と同時に油剤や膠着防止剤を付着しても何んら支障ない
が延伸倍率の低下を招くような薬品や付着量については
注意を要する。

ポリエチレン繊維の強度は延伸倍率が高いほど高い傾向
にあシ、倍率を高くするための延伸条件はフィード速度
Ｖ＋　（乳／ｗｉｎ　）を遅くし、ヒータ長Ｌ（ｚ）を
大きくかつ高温にすれば良いが、ヒータ温度はポリエチ
レンの融点より低い１４０〜１４５℃が好ましい。また
通常安定な延伸を行なうには最大延伸倍率の８０〜８５
％の倍率を用いる。高強力ポリエチレン繊維を得るには
２５倍以上好ましくは３０倍以上の延伸が必要であ１）
ＶＩ／Ｌの値が小さいほど延伸倍率は高くなるが採算性
が悪くコスト増加となる。本発明における延伸倍率はＶ
＋／Ｌが０．０２〜０．１の時の値を示す。

く効　果〉 以上説明したように１本発明は高濃度ポリエチレン紡糸
原糸の膠着と単ｍ、＊の乱れを少なくし、高倍率延伸か
つ速度を高めた延伸を可能としたもので本発明によシ工
業的な生産ベースで高強力ポリエチレン１／ｌ！、！を
得る仁とができるようＫなった。

〈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および比較例１〜２ 重量平均分子量１５０万のポリエチレン粉末を】０重量
％および酸化防止剤を０．１−　ｉ量％になるように石
油系ソルベント（沸点１８５〜２１３℃）に添加して溶
解したのち該溶液をギヤポンプにてホ−ル数６、孔径ｌ
■の紡糸ノズルから吐出させ、紡糸ドフフト２．８倍で
冷却固化によシ繊維化した。

ついで連続的に定長下８０℃の熱風で５分間乾燥を行な
いボビンに捲取りたあと３０℃の室内に３日間放置した
。

得られ九紡糸原糸（約９００　ｄｒ／６ｆ　）をフィー
ド速度０，２７）ｚ／ｍｉｎ　、ヒータ長ｓ　ｍ　（Ｍ
ｌ／Ｌ　＝　０．０４　）、ヒータ温度１４５℃でロー
プ延伸を行なった。

なお比較例１および２として乾燥温度を５０℃および１
２０℃にした場合について実施例１と同様の評価を行な
いそれらの結果を表ＩＫ併記した。

実施例】は紡糸捲取直後で溶剤含有率が８重量％と少な
いため３日室温く放置後の単繊維間およびマルチフィツ
メント（ヤーン）間の膠着はほとんどなかった。最大延
伸倍率は３９．２倍と高く延伸倍率はその８５％として
３３．３倍を用い５日間連続して延伸したがその間車糸
切れが１回あるだけで非常に良好であった。得られた延
伸糸は強度３０．２１／ｄと非常に高〈従来よりも低コ
ストで高強力ポリエチレン繊維が得られるようになった
。

比較例１は乾燥温度を５０℃にしたが捲取直後の溶剤含
有率が２４８Ｍ量％と多いため単繊維間およびヤーン間
の膠着が大きくかつ紡糸原糸と無緊張下で解舒した時の
単繊維の乱れが多く、延伸時の毛羽や断糸が多発した。

長時間延伸は不能であったがあらかじめ原糸をボビンよ
りゆつ〈シ解舒し最大延伸倍率を測定すると３７．５倍
と高いものであった。

比較例２は乾燥温度を１２０℃Ｋしたが原糸の膠着性は
問題なく、延伸時の毛羽断糸はなかった。

しかし、高温乾燥で繊維の微細構造が低温乾燥時と異な
るためか延伸倍率は２２．８倍と低く、強度は実施例１
の場合よシ相当低いものであった。

実施例２ 重量平均分子量２５０万のポリエチレンを濃度５重量％
になるよ５にデカリンに添加して溶解したのち吐出量４
５　ｃｃ／ｍｉｎ　　紡糸速度１５　Ｂ／ｍｉｎ紡糸ド
フ７　）　１０．８倍にて紡糸し、続いて１０９６の伸
長下で９０６Ｃの熱風によ９８分間乾燥を行ない油剤を
繊維に対し２重量％になるように付着せしめてボビンに
捲取った。この場合走行繊維上での風速は２〜５　ｍ／
ｓｅａであシ乾燥時の糸ゆれはほとんどなかった。

乾燥後油剤付着ｎ１工の原糸の溶剤含有率は３．２重量
％と低く５日室温に放置しても単繊維間およびヤーン間
の剥離強度はいずれも０．０１　ｆｌ／ｌｌ以下と膠着
は見られなかった。

得られた紡糸原糸は２０００　ｄｒ／１８　ｒであシこ
れを４本合糸してフィード速度１ル／ｍｉｎヒータ長３
０　ｒｎ　（Ｖ＋／Ｌ＝　０．０３３　）、ヒータ一温
度＋４２’Ｃテ延伸した。最大延伸倍率は４０．４倍、
延伸倍率は３２．８倍であシ、１ｋｇの延伸糸を２０本
得たがその間車糸切れおよび断糸はなく非常に良好であ
った。

得られた延伸糸は強度３１．７９／ａｔと非常に高くか
つ単繊維のダニールおよび強度の変動率は３％以下と低
く均一で安定な延伸が可能であった。

実施例３ 重量平均分子量が１３０万のポリエチレンを濃度１４重
ｔ％になるように石油系ソルベントに溶解シタのち、４
８ホールのノズルを用い吐出Ｊｉ１３５ｃｃ／ｍｉｎ　
ｓ紡糸速度２　ｍ／ｍｉｎ　ｓ紡糸ドラフト４．７倍に
て冷却固化により紡糸した。続いて約４０℃のｎ−ヘキ
サン中で４分間浸漬して石油系ソルベントの溶剤を一部
除去したのち６０℃で４分間１０％収縮下で熱風乾燥を
行ない溶剤含有率を７重量％にして連続的に２段延伸を
行なった。延伸のフィード速度１８７ＦＬ／ｍｉｎ　１
１段目ヒータ長１２７ｒＬ。

２段目ヒータ長１８？ＦＬ合計３０７ＦＬでＶｉ　／Ｌ
　＝　０．０６とした場合延伸倍率は３０．５倍であっ
た。

なお延伸ヒータの温度は１４５℃で１段目の延伸倍率は
１８倍であシ延伸後に集束性と帯電防止性を向上する目
的で油剤を０．５重量％付与せしめた。

２日間連続して延伸したが毛羽や断糸は１度もなく得ら
れた延伸糸の強度は２８．２１／ｄｒ、モジユラスは８
５０　ｆ／ｄｒであり、工業的な生産ベースに近い条件
で高強力で高モジコフスなポリエチレン繊維が得られる
ようになった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重量平均分子量が８０万以上のポリエチレンを３〜
   ２０重量％に溶解した原液を紡糸する際に、ノズルより
   吐出されるストランドを空冷により冷却固化し繊維化す
   ると同時に紡糸ドラフトを２０以下にし、得られた紡糸
   原糸をボビンに捲取る前または連続で延伸する前に５０
   〜１１０℃の熱風を用い溶剤含有率がポリエチレンに対
   し２０重量％以下になるように乾燥することを特徴とす
   る高強力ポリエチレン用紡糸原糸の製造法。 ２　特許請求の範囲第１項において、紡糸ドラフトを１
   〜１５にし、温度が６０〜９０℃でかつ走行繊維上での
   風速が１〜１０ｍ／ｓｅｃである熱風を用いて乾燥する
   ことを特徴とする高強力ポリエチレン用紡糸原糸の製造
   法。 ３　特許請求の範囲第１項および第２項において、重量
   平均分子量が１２０万ないし３００万のポリエチレンを
   ５〜１５重量％溶剤に溶解した原液を用いることを特徴
   とする高強力ポリエチレン用紡糸原糸の製造法 ４　特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかにお
   いて、延伸する前の紡糸原糸の溶剤含有率が１０重量％
   以下であることを特徴とする高強力ポリエチレン用紡糸
   原糸の製造法。 ５　特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかにお
   いて、乾燥する前に該紡糸原糸を溶剤の抽出可能な薬品
   に浸漬し該溶剤を全部または一部抽出除去し、しかる後
   熱風乾燥することを特徴とする高強力ポリエチレン用紡
   糸原糸の製造法。