JP4456965B2 - Composite fiber composed of wholly aromatic polyamide and single-walled carbon nanotubes - Google Patents
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Description
本発明は、全芳香族ポリアミドと単層カーボンナノチューブとからなるコンポジットファイバーであり、高度に分散し、かつ繊維軸方向に単層カーボンナノチューブが配向していることを特徴とする機械特性に優れたコンポジットファイバーに関するものである。 The present invention is a composite fiber composed of wholly aromatic polyamide and single-walled carbon nanotubes, and is excellent in mechanical properties characterized by being highly dispersed and having single-walled carbon nanotubes oriented in the fiber axis direction. It relates to composite fibers.
全芳香族ポリアミドは、剛直な芳香族環を連結させた構造をとり、耐熱性、機械特性、耐薬品性等に優れた素材として、繊維あるいはフィルムの形態で電気絶縁材料、各種補強剤、防弾繊維等、幅広く利用されており工業的に極めて価値の高い素材の一つであるが、使用される用途に応じて樹脂に対してより高度な特性が要求されるようになってきた。 Fully aromatic polyamides have a structure in which rigid aromatic rings are connected, and as materials with excellent heat resistance, mechanical properties, chemical resistance, etc., in the form of fibers or films, electrical insulating materials, various reinforcing agents, bulletproof Although it is one of the materials that are widely used and industrially extremely valuable, such as fibers, higher properties have been required for resins depending on the intended use.
このような要求特性を満たす技術の一つとして、熱可塑性樹脂にカーボンナノチューブをナノスケールで分散させた組成物、所謂ナノコンポジットが最近注目されており、カーボンナノチューブを例えば電解、適当なせん断作用もしくはコーミングによってマトリックス中で配向させるとの記載がある(特許文献1)。 As a technique for satisfying such required characteristics, a composition in which carbon nanotubes are dispersed in a thermoplastic resin on a nanoscale, so-called nanocomposites, has recently attracted attention. There is a description that alignment is performed in a matrix by combing (Patent Document 1).
また単層カーボンナノチューブと芳香族ポリアミドからなる組成物の製造法および繊維の記載があり(特許文献2)、芳香族ポリアミドの無水硫酸溶液中にカーボンナノチューブを添加する方法が好ましく挙げられているが、コンポジットファイバー中のカーボンナノチューブの分散、配向状態やそれが物性に及ぼす影響についての記載はなく、また繊維の機械特性に関する改善効果も不明である。 There is also a description of a method for producing a composition comprising single-walled carbon nanotubes and an aromatic polyamide and fibers (Patent Document 2), and a method of adding carbon nanotubes to an anhydrous sulfuric acid solution of an aromatic polyamide is preferred. There is no description of the dispersion and orientation state of carbon nanotubes in the composite fiber, and the effect on the physical properties, and the effect of improving the mechanical properties of the fiber is unknown.
本発明の目的は機械特性、特に弾性率や強度が向上した全芳香族ポリアミドと単層カーボンナノチューブとからなるコンポジットファイバー、およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a composite fiber composed of wholly aromatic polyamide and single-walled carbon nanotubes having improved mechanical properties, particularly elastic modulus and strength, and a method for producing the same.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、単層カーボンナノチューブの溶媒分散液に少量の芳香族ポリアミドを添加することで、単層カーボンナノチューブが高度に分散し、かつ繊維軸方向に分散した全芳香族ポリアミドと単層カーボンナノチューブからなるコンポジットファイバーが得られることを見出し、本発明に到達した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have added a small amount of aromatic polyamide to the solvent dispersion of single-walled carbon nanotubes, so that the single-walled carbon nanotubes are highly dispersed, and The inventors have found that a composite fiber made of wholly aromatic polyamide and single-walled carbon nanotubes dispersed in the fiber axis direction can be obtained, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明は以下の通りである。
1. 下記式(A)及び(B)
―NH―Ar1―NH― (A)
―OC―Ar2―CO― (B)
(Ar1,Ar2は各々独立に炭素数6〜20の2価の芳香族基を表す。)
の構成単位から主としてなる全芳香族ポリアミド100重量部と単層カーボンナノチューブ0.01〜20重量部から構成されるコンポジットファイバーであり、90%以上の単層カーボンナノチューブが、凝集直径が10nm以下で分散していることを特徴とするコンポジットファイバー。
That is, the present invention is as follows.
1. The following formulas (A) and (B)
-NH-Ar 1 -NH- (A)
—OC—Ar 2 —CO— (B)
(Ar 1 and Ar 2 each independently represents a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms.)
Is a composite fiber composed of 100 parts by weight of wholly aromatic polyamide mainly composed of the following structural units and 0.01 to 20 parts by weight of single-walled carbon nanotubes, and 90% or more of single-walled carbon nanotubes have an aggregate diameter of 10 nm or less. Composite fiber characterized by dispersion.
2. 偏光ラマン分光測定で入射レーザーを繊維の側面に繊維軸と直交方向から照射したときのカーボンナノチューブ由来のラマンスペクトルにおいて下記式(1)
P=IYY/IXX (1)
(レーザー偏光面を繊維軸と平行に配置した場合のGバンド強度をIXX,レーザー偏光面を繊維軸と垂直に配置した場合のGバンド強度をIYYとする。)
で表される配向度Pが0より大きく0.2以下を満たすことを特徴とする上記に記載のコンポジットファイバー。
2. In the Raman spectrum derived from carbon nanotubes when the incident laser is irradiated on the side of the fiber from the direction orthogonal to the fiber axis in polarized Raman spectroscopy measurement, the following formula (1)
P = I YY / I XX (1)
(The G band intensity when the laser polarization plane is arranged parallel to the fiber axis is I XX , and the G band intensity when the laser polarization plane is arranged perpendicular to the fiber axis is I YY .)
The composite fiber according to the above, wherein the orientation degree P represented by the formula is greater than 0 and satisfies 0.2 or less.
3. 全芳香族ポリアミドが、Ar1が
4. 全芳香族ポリアミドが、Ar1が
5. 単層カーボンナノチューブのラマン分光測定から算出したD/G値(Dバンド強度/Gバンド強度)が0.1以下である単層カーボンナノチューブと分散溶媒とを混合して混合液を得る工程、ついで混合液中に少量の全芳香族ポリアミドを添加して単層カーボンナノチューブ分散液を調製する工程、ついで分散液中に全芳香族ポリアミドを添加して全芳香族ポリアミドと単層カーボンナノチューブからなる紡糸用溶液を得る工程、その溶液から紡糸することを特徴とする上記に記載のコンポジットファイバーの製造方法である。 5. A step of mixing a single-walled carbon nanotube having a D / G value (D-band intensity / G-band intensity) calculated from Raman spectroscopy of the single-walled carbon nanotube of 0.1 or less and a dispersion solvent to obtain a mixed solution; A step of preparing a single-walled carbon nanotube dispersion by adding a small amount of wholly aromatic polyamide to the mixed liquid, and then adding the wholly aromatic polyamide to the dispersion and spinning comprising the wholly aromatic polyamide and the single-walled carbon nanotube. The method for producing a composite fiber according to the above, wherein a process for obtaining a working solution is performed, and spinning is performed from the solution.
本発明で得られる全芳香族ポリアミドと単層カーボンナノチューブからなるコンポジットファイバーは、単層カーボンナノチューブが微細にコンポジットファイバー中に分散し、かつ繊維軸方向に単層カーボンナノチューブが高度に配向している事により機械特性、とくに弾性率や引っ張り強度に優れている。 The composite fiber composed of wholly aromatic polyamide and single-walled carbon nanotubes obtained in the present invention has single-walled carbon nanotubes finely dispersed in the composite fiber, and the single-walled carbon nanotubes are highly oriented in the fiber axis direction. It excels in mechanical properties, especially elastic modulus and tensile strength.
以下、本発明について詳述する。
(単層カーボンナノチューブについて)
本発明において、単層カーボンナノチューブとは、直径がおよそ0.4〜2nm、長さがおよそ数nm〜数μmのカーボンからなるチューブ状材料であり、理想的な構造としては炭素の6角網目の面(グラフェンシート)がチューブ軸に平行に管を形成し、一重管になっているものである。単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ間に働くファンデルワールス力のために凝集力が著しく強く、容易に完全に溶媒およびポリマー中に分散できない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(About single-walled carbon nanotubes)
In the present invention, the single-walled carbon nanotube is a tube-like material made of carbon having a diameter of about 0.4 to 2 nm and a length of about several nm to several μm, and an ideal structure is a hexagonal network of carbon. The surface (graphene sheet) forms a tube parallel to the tube axis, forming a single tube. Single-walled carbon nanotubes are extremely cohesive due to van der Waals forces acting between single-walled carbon nanotubes and cannot be easily and completely dispersed in solvents and polymers.
上記の単層カーボンナノチューブの従来公知の製法として、現在は主に炭素化合物を高温下で触媒金属微粒子に接触させて熱分解する化学気相成長法(以下,CVD法とする)、アーク放電法、およびレーザー蒸発法が用いられている。またこの上記以外にもプラズマ合成法や固相反応法が知られているが、本発明に用いられる単層カーボンナノチューブの製造方法として、これらに限定されるものではない。篠原らが報告している多孔性担体に金属触媒を担持した基体に原料炭素源となる炭素化合物気体を接触させて熱分解するCVD法による単層カーボンナノチューブの製造方法は、特に精製することなく、純度が高く、高度にグラファイト化された単層カーボンナノチューブが得られることから好ましい製造方法である。(Chemical Physics Letter 303(1999) 117−124) Conventionally known methods for producing the above single-walled carbon nanotubes are currently chemical vapor deposition methods (hereinafter referred to as CVD methods) in which carbon compounds are thermally decomposed by contacting them with catalytic metal fine particles at high temperatures, and arc discharge methods. And laser evaporation methods are used. In addition to the above, a plasma synthesis method and a solid phase reaction method are known, but the production method of the single-walled carbon nanotube used in the present invention is not limited to these. Shinohara et al. Reported a method for producing single-walled carbon nanotubes by a CVD method in which a carbon compound gas serving as a raw material carbon source is brought into contact with a substrate carrying a metal catalyst on a porous carrier, without any purification. This is a preferable production method because it provides high-purity and highly graphitized single-walled carbon nanotubes. (Chemical Physics Letter 303 (1999) 117-124)
単層カーボンナノチューブの不純物としてフラーレン、活性炭、カーボンブラック、アモルファスカーボン、触媒金属等が知られているが、本発明における単層カーボンナノチューブは80%以上が、さらには90%以上が単層カーボンナノチューブであることがより好ましい。 Fullerene, activated carbon, carbon black, amorphous carbon, catalytic metal, and the like are known as impurities of single-walled carbon nanotubes, but single-walled carbon nanotubes in the present invention are 80% or more, and more than 90% are single-walled carbon nanotubes. It is more preferable that
本発明において、単層カーボンナノチューブは、例えば上記に記載したとおりの従来公知の方法で合成された単層カーボンナノチューブを使用することができる。また、従来公知の強酸処理や化学修飾された単層カーボンナノチューブも使用することができるが、化学修飾していない単層カーボンナノチューブを使用することが、欠陥構造が少ない点で好ましい。 In the present invention, as the single-walled carbon nanotube, for example, a single-walled carbon nanotube synthesized by a conventionally known method as described above can be used. Conventionally known strong acid treatment or chemically modified single-walled carbon nanotubes can also be used, but it is preferable to use single-walled carbon nanotubes that are not chemically modified in terms of few defect structures.
通常、化学修飾していない単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ間に働くファンデルワールス力により凝集力が著しく強く、液体中に入れただけでは分散させることが困難であり、分散させることができたとしても極めて低濃度であった。 Normally, single-walled carbon nanotubes that have not been chemically modified have a remarkably strong cohesive force due to the van der Waals force acting between the single-walled carbon nanotubes, and it is difficult to disperse only by placing them in a liquid. Even if it was possible, the concentration was extremely low.
(全芳香族ポリアミドについて)
本発明のコンポジットファイバーにおける全芳香族ポリアミドは、実質的に下記式(A)及び(B)
―NH―Ar1―NH― (A)
―OC―Ar2―CO― (B)
上記一般式(A)、(B)において、Ar1,Ar2は各々独立に炭素数6〜20の2価の芳香族基を表わす。
の2つの構成単位が交互に繰り返された構造からなる全芳香族ポリアミドである。
(All aromatic polyamides)
The wholly aromatic polyamide in the composite fiber of the present invention has substantially the following formulas (A) and (B):
-NH-Ar 1 -NH- (A)
—OC—Ar 2 —CO— (B)
In the general formulas (A) and (B), Ar 1 and Ar 2 each independently represents a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms.
Is a wholly aromatic polyamide having a structure in which these two structural units are alternately repeated.
上記Ar1,Ar2は、各々独立に炭素数6〜20の2価の芳香族基であるが、その具体例としては、メタフェニレン基、パラフェニレン基、オルトフェニレン基、2,6−ナフチレン基、2,7−ナフチレン基、4,4’−イソプロピリデンジフェニレン基、4,4’−ビフェニレン基、4,4’−ジフェニレンスルフィド基、4,4’−ジフェニレンスルホン基、4,4’−ジフェニレンケトン基、4,4’−ジフェニレンエーテル基、3,4’−ジフェニレンエーテル基、メタキシリレン基、パラキシリレン基、オルトキシリレン基等が挙げられる。 Ar 1 and Ar 2 are each independently a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms. Specific examples thereof include a metaphenylene group, a paraphenylene group, an orthophenylene group, and 2,6-naphthylene. Group, 2,7-naphthylene group, 4,4′-isopropylidene diphenylene group, 4,4′-biphenylene group, 4,4′-diphenylene sulfide group, 4,4′-diphenylene sulfone group, 4, Examples thereof include 4′-diphenylene ketone group, 4,4′-diphenylene ether group, 3,4′-diphenylene ether group, metaxylylene group, paraxylylene group, and orthoxylylene group.
これらの芳香族基の水素原子のうち1つまたは複数がそれぞれ独立にフッ素、塩素、臭素等のハロゲン基;メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数5〜10のシクロアルキル基;フェニル基等の炭素数6〜10の芳香族基で置換されていてもよい。なお、上記式(A)及び/又(B)の構成単位が、2種以上の芳香族基からなる共重合体であっても差し支えない。 1 or more of hydrogen atoms of these aromatic groups are each independently halogen groups such as fluorine, chlorine, bromine; alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl group, ethyl group, propyl group, hexyl group; A cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group; an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms such as a phenyl group may be substituted. In addition, the structural unit of the above formula (A) and / or (B) may be a copolymer composed of two or more aromatic groups.
これらのうち、Ar1はメタフェニレン基、パラフェニレン基、3,4’−ジフェニレンエーテル基が好ましく、パラフェニレン基、またはパラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基とを併用したものがさらに好ましく、パラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基とを併用した場合にはそのモル比が1:0.8〜1:1.2の範囲にあることがさらに好ましい。
Ar2はメタフェニレン基、パラフェニレン基、が好ましく、パラフェニレン基がさらに好ましい。
Of these, Ar 1 is preferably a metaphenylene group, a paraphenylene group, or a 3,4′-diphenylene ether group, and a paraphenylene group or a combination of a paraphenylene group and a 3,4′-diphenylene ether group. Is more preferable, and when a paraphenylene group and a 3,4′-diphenylene ether group are used in combination, the molar ratio is more preferably in the range of 1: 0.8 to 1: 1.2.
Ar 2 is preferably a metaphenylene group or a paraphenylene group, and more preferably a paraphenylene group.
すなわち本発明において好適に用いられるものとして具体的には、Ar1がパラフェニレン基及び3,4’−ジフェニレンエーテル基であり、Ar2がパラフェニレン基である共重合体であって、その共重合比(Ar1のパラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基のモル比)が1:0.8〜1:1.2の範囲にある全芳香族ポリアミド、およびAr1とAr2がともにパラフェニレン基である全芳香族ポリアミドを挙げることが出来る。 That is, specifically, a copolymer suitably used in the present invention is a copolymer in which Ar 1 is a paraphenylene group and a 3,4′-diphenylene ether group, and Ar 2 is a paraphenylene group, Wholly aromatic polyamides having a copolymerization ratio (molar ratio of paraphenylene group to 3,4'-diphenylene ether group of Ar 1 ) in the range of 1: 0.8 to 1: 1.2, and Ar 1 and Ar Mention may be made of wholly aromatic polyamides in which 2 is a paraphenylene group.
これらの全芳香族ポリアミドは溶液重合法、界面重合法、溶融重合法など従来公知の方法にて製造する事が出来る。重合度は芳香族ジアミン成分と芳香族ジカルボン酸成分の比率によりコントロールすることが出来、得られるポリマーの分子量としては98重量%濃硫酸に0.5g/100mLの濃度で溶かした溶液を30℃にて測定した特有粘度(inherent viscosity)ηinhが0.05〜20dL/gであることが好ましく、1.0〜10dL/gの間に有るものがより好ましい。 These wholly aromatic polyamides can be produced by a conventionally known method such as a solution polymerization method, an interfacial polymerization method, or a melt polymerization method. The degree of polymerization can be controlled by the ratio of the aromatic diamine component and the aromatic dicarboxylic acid component, and the molecular weight of the polymer obtained is a solution of 98% by weight concentrated sulfuric acid at a concentration of 0.5 g / 100 mL at 30 ° C. The inherent viscosity ηinh measured in the above is preferably 0.05 to 20 dL / g, more preferably 1.0 to 10 dL / g.
(組成)
本発明のコンポジットファイバーの組成としては全芳香族ポリアミド100重量部に対して、カーボンナノチューブが0.01〜20重量部、好ましくは0.05〜15重量部、さらに好ましくは0.1〜10重量部である。カーボンナノチューブが0.01重量部未満だと機械特性の向上の効果が観察されにくく、20重量部より上のものは単層カーボンナノチューブの分散性が低下する。
(composition)
The composition of the composite fiber of the present invention is 0.01 to 20 parts by weight, preferably 0.05 to 15 parts by weight, more preferably 0.1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of wholly aromatic polyamide. Part. If the carbon nanotube is less than 0.01 part by weight, the effect of improving the mechanical properties is difficult to observe, and if the carbon nanotube is above 20 part by weight, the dispersibility of the single-walled carbon nanotube decreases.
(分散性について)
本発明ではコンポジットファイバー中の90%以上の単層カーボンナノチューブが、凝集直径が10nm以下で分散していることを特徴とする。本発明において単層カーボンナノチューブの分散性は繊維軸と平行に切断した繊維断面を直接TEM等の電子顕微鏡で観察することができる。また、X線散乱測定によっても評価することができる。
(About dispersibility)
The present invention is characterized in that 90% or more of the single-walled carbon nanotubes in the composite fiber are dispersed with an aggregate diameter of 10 nm or less. In the present invention, the dispersibility of the single-walled carbon nanotube can be observed directly with an electron microscope such as TEM, the fiber cross section cut parallel to the fiber axis. It can also be evaluated by X-ray scattering measurement.
X線散乱測定では,コンポジットファイバー中の単層カーボンナノチューブに由来する散乱X線の散乱角強度分布によって単層カーボンナノチューブの分散性を判定できる。すなわち,単層カーボンナノチューブがコンポジットファイバー中で均一に分散した状態では,散乱体の直径が数nmとなり,散乱体の大きさと散乱角の逆相関により散乱X線パターンは広角側まで広がった形となる。他方,単層カーボンナノチューブがコンポジットファイバー中で凝集した形態をとる場合は,散乱体の大きさは均一分散の場合より大きくなり,散乱X線パターンは相対的に低角側に集中した形をとる。このように,散乱X線パターンの比較から,コンポジットファイバー中の単層カーボンナノチューブの分散評価が可能である。 In the X-ray scattering measurement, the dispersibility of the single-walled carbon nanotube can be determined by the scattering angle intensity distribution of the scattered X-ray derived from the single-walled carbon nanotube in the composite fiber. That is, when the single-walled carbon nanotubes are uniformly dispersed in the composite fiber, the diameter of the scatterer is several nanometers, and the scattered X-ray pattern spreads to the wide-angle side due to the inverse correlation between the size of the scatterer and the scattering angle. Become. On the other hand, when the single-walled carbon nanotubes are aggregated in the composite fiber, the size of the scatterer is larger than that of the uniform dispersion, and the scattered X-ray pattern is relatively concentrated on the low angle side. . Thus, the dispersion evaluation of the single-walled carbon nanotubes in the composite fiber can be performed by comparing the scattered X-ray patterns.
(配向、及び配向方法について)
本発明ではコンポジットファイバー中の単層カーボンナノチューブが、繊維軸方向に配向していることを特徴とする。かかる単層カーボンナノチューブの配向性は繊維軸と平行に切断した繊維断面を直接TEM等の電子顕微鏡で観察する他に、本発明ではX線散乱測定および偏向ラマン分光測定により評価する。
(About orientation and orientation method)
The present invention is characterized in that the single-walled carbon nanotubes in the composite fiber are oriented in the fiber axis direction. The orientation of the single-walled carbon nanotube is evaluated by X-ray scattering measurement and deflection Raman spectroscopic measurement in the present invention, in addition to directly observing the cross section of the fiber cut parallel to the fiber axis with an electron microscope such as TEM.
X線散乱測定による配向評価は、コンポジットファイバー中の単層カーボンナノチューブに由来する散乱X線の散乱方位角分布の異方性によって判定できる。単層カーボンナノチューブが繊維軸方向に高度に配向している場合は、ナノチューブに由来する散乱X線は繊維赤道方向に集中したストリーク状の散乱パターンとなる。一方、単層カーボンナノチューブの配向が低い場合には、ナノチューブの散乱パターンの赤道方向異方性は小さくなり、無配向においては完全に等方的な散乱パターンを画く。このように、X線散乱パターンの方位角異方性から、コンポジットファイバー中の単層カーボンナノチューブの配向を評価することができる。 The orientation evaluation by the X-ray scattering measurement can be determined by the anisotropy of the scattering azimuth distribution of the scattered X-rays derived from the single-walled carbon nanotubes in the composite fiber. When single-walled carbon nanotubes are highly oriented in the fiber axis direction, scattered X-rays derived from the nanotubes form a streak-like scattering pattern concentrated in the fiber equator direction. On the other hand, when the orientation of the single-walled carbon nanotube is low, the equator direction anisotropy of the scattering pattern of the nanotube becomes small, and when it is not oriented, a completely isotropic scattering pattern is drawn. Thus, the orientation of the single-walled carbon nanotube in the composite fiber can be evaluated from the azimuthal anisotropy of the X-ray scattering pattern.
偏光ラマン分光測定とは入射レーザーを繊維の側面に繊維軸と直交方向から照射したときの単層カーボンナノチューブ由来のラマンスペクトルにおいて下記式(1)
P=IYY/IXX (1)
(式中、レーザー偏光面を繊維軸と平行に配置した場合のGバンド強度をIXX,レーザー偏光面を繊維軸と垂直に配置した場合のGバンド強度をIYYとする。)
で表される配向度Pにて配向性を評価する方法である。本発明では配向度Pが0以上0.2以下を満たすことが好ましい。
Polarization Raman spectroscopy is a Raman spectrum derived from a single-walled carbon nanotube when an incident laser is irradiated on the side of the fiber from the direction orthogonal to the fiber axis.
P = I YY / I XX (1)
(In the formula, the G band intensity when the laser polarization plane is arranged parallel to the fiber axis is I XX , and the G band intensity when the laser polarization plane is arranged perpendicular to the fiber axis is I YY .)
The orientation is evaluated by the orientation degree P represented by In the present invention, the orientation degree P preferably satisfies 0 or more and 0.2 or less.
配向度Pはナノチューブが繊維軸方向に平行に配向したときにP=0に漸近し、ランダムな配向ではP=1となる。Pの値の上限としてより好ましくは0.2、さらに好ましくは0.1であり、0に近いほど好ましい。Pの値が0.2を超えると単層カーボンナノチューブの配向が不十分であるため好ましくない。 The orientation degree P is asymptotic to P = 0 when the nanotubes are oriented in parallel to the fiber axis direction, and P = 1 in the random orientation. The upper limit of the value of P is more preferably 0.2, still more preferably 0.1, and the closer to 0, the better. If the value of P exceeds 0.2, the orientation of the single-walled carbon nanotube is insufficient, which is not preferable.
単層カーボンナノチューブおよび全芳香族ポリアミドの繊維軸方向への配向方法としては全芳香族ポリアミドと単層カーボンナノチューブからなる混合溶液から紡糸する際、流動配向、液晶配向、せん断配向、又は延伸配向させる事等が挙げられる。得られた繊維組成物をさらに延伸配向させることにより単層カーボンナノチューブの配向係数を上昇させる事も本発明のコンポジットファイバーを得るうえでさらに好ましい。配向度Pの減少度としては、0.01以上好ましくは0.05さらには0.1以上が好ましい。 As a method of aligning single-walled carbon nanotubes and wholly aromatic polyamides in the fiber axis direction, when spinning from a mixed solution composed of wholly aromatic polyamides and single-walled carbon nanotubes, fluid orientation, liquid crystal orientation, shear orientation, or stretch orientation is used. Things are mentioned. It is further preferable to increase the orientation coefficient of the single-walled carbon nanotubes by further stretching and orientation of the obtained fiber composition in order to obtain the composite fiber of the present invention. The degree of decrease in the orientation degree P is 0.01 or more, preferably 0.05 or more preferably 0.1 or more.
(コンポジットファイバー)
本発明のコンポジットファイバーは単繊維径は0.01〜1000dtexである。好ましくは、0.1から500dtexである。
(Composite fiber)
The composite fiber of the present invention has a single fiber diameter of 0.01 to 1000 dtex. Preferably, it is 0.1 to 500 dtex.
(コンポジットファイバーの製造法)
本発明のコンポジットファイバーの製造法としては、全芳香族ポリアミドと単層カーボンナノチューブの混合溶液を調製し、その混合溶液から紡糸する方法が好ましい。
(Production method of composite fiber)
As a method for producing the composite fiber of the present invention, a method of preparing a mixed solution of wholly aromatic polyamide and single-walled carbon nanotubes and spinning from the mixed solution is preferable.
混合溶液を調製する方法としては、例えば、1)全芳香族ポリアミドの溶液に、固体のカーボンナノチューブを添加する。2)全芳香族ポリアミド溶液とカーボンナノチューブの溶媒分散液とを混合する。3)カーボンナノチューブの溶媒分散液に固体の全芳香族ポリアミドを添加する。4)カーボンナノチューブの溶媒分散液中で、全芳香族ポリアミドのIn-situ重合を行う等の方法が知られている。しかし、混合溶液内で単層カーボンナノチューブが均一に分散していることが、単層カーボンナノチューブの配向つまりはコンポジットファイバーの機械物性向上のためには重要である。その観点からは紡糸用混合溶液の調製方法として上記2)のカーボンナノチューブの溶媒分散液を作製し、全芳香族ポリアミド溶液と混合する方法が好ましい。 As a method for preparing the mixed solution, for example, 1) Solid carbon nanotubes are added to a wholly aromatic polyamide solution. 2) A wholly aromatic polyamide solution and a carbon nanotube solvent dispersion are mixed. 3) A solid wholly aromatic polyamide is added to the solvent dispersion of carbon nanotubes. 4) A method of performing in-situ polymerization of wholly aromatic polyamide in a solvent dispersion of carbon nanotubes is known. However, the uniform dispersion of single-walled carbon nanotubes in the mixed solution is important for improving the orientation of the single-walled carbon nanotubes, that is, the mechanical properties of the composite fiber. From this point of view, the method of preparing the carbon nanotube solvent dispersion described in 2) above and mixing with the wholly aromatic polyamide solution is preferable as a method for preparing the mixed solution for spinning.
しかし、単層カーボンナノチューブはファンデルワールス相互作用によりバンドル状態を形成しやすく、絡み合いが顕著なため、単にカーボンナノチューブの溶媒分散液と前芳香族ポリアミド溶液とを混合するだけでは、分散性に優れた紡糸用混合溶液を得ることは困難である。 However, single-walled carbon nanotubes tend to form bundles due to van der Waals interactions, and the entanglement is significant. Therefore, simply mixing a solvent dispersion of carbon nanotubes with a pre-aromatic polyamide solution provides excellent dispersibility. It is difficult to obtain a mixed solution for spinning.
そこで本発明者らは、単層カーボンナノチューブ分散液の分散性を向上させる方法として、単層カーボンナノチューブ溶媒分散液に少量の全芳香族ポリアミドを分散剤として添加し、分散させることで飛躍的に単層カーボンナノチューブの分散性が向上することを見出した。 Therefore, as a method for improving the dispersibility of the single-walled carbon nanotube dispersion liquid, the present inventors have dramatically added a small amount of wholly aromatic polyamide as a dispersant to the single-walled carbon nanotube solvent dispersion liquid and dispersed it. It has been found that the dispersibility of single-walled carbon nanotubes is improved.
すなわち、単層カーボンナノチューブと分散溶媒とを混合して混合液を得る工程、ついで混合液中に少量の全芳香族ポリアミドを添加して単層カーボンナノチューブ分散液を調製する工程、ついで分散液中に全芳香族ポリアミドを添加して全芳香族ポリアミドと単層カーボンナノチューブからなる紡糸用溶液を得る工程、その溶液から紡糸する工程により、本発明のコンポジットファイバーを好ましく製造することができる。 That is, a step of mixing a single-walled carbon nanotube and a dispersion solvent to obtain a mixed solution, a step of preparing a single-walled carbon nanotube dispersion by adding a small amount of wholly aromatic polyamide to the mixed solution, and then in the dispersion The composite fiber of the present invention can be preferably produced by adding a wholly aromatic polyamide to obtain a spinning solution composed of wholly aromatic polyamide and single-walled carbon nanotubes, and spinning from the solution.
以下本発明のコンポジットファイバーの製造方法について詳述する。
使用される単層カーボンナノチューブは、ラマン散乱測定から算出したDバンドとGバンドの強度比(D/G)が、0.1以下であり、好ましくは0.05以下である。D/Gの値が0.1よりも大きい場合は、アモルファスカーボン等不純物が多く含まれているか、あるいは単層カーボンナノチューブに欠陥構造が多いために好ましくはない。
Hereinafter, the method for producing the composite fiber of the present invention will be described in detail.
The single-walled carbon nanotube used has an intensity ratio (D / G) of D band and G band calculated from Raman scattering measurement of 0.1 or less, preferably 0.05 or less. When the value of D / G is larger than 0.1, it is not preferable because many impurities such as amorphous carbon are contained, or the single-walled carbon nanotube has many defect structures.
分散溶媒は、種類が特に限定されるものではなく、具体的には、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホルアミド、N−メチルカプロラクタム、ジメチルスルホキシド、N−アセチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド等、100%硫酸、りん酸、ポリりん酸、メタンスルホン酸等の酸溶媒が挙げられる。これらの液体は単独で用いても、2種以上を混合して用いることもできる。これらの分散媒は、単層カーボンナノチューブを分散させるのに好ましい液体である。また、分散性を阻害しない範囲において水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールといった1価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコールといった2価アルコール、グリセリンといった3価アルコール、アセトンといったケトン類、テトラヒドロフランといった環状エーテル、1,2−ジクロロベンゼンといったハロゲン化芳香族炭化水素、クロロホルムといったハロアルカン、1−メチルナフタレンといった置換複素環化合物を含んでいてもさしつかえない。 The type of the dispersion solvent is not particularly limited. Specifically, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexamethylphosphoramide, N-methylcaprolactam, dimethyl sulfoxide, N- Acid solvents such as acetyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide and the like, 100% sulfuric acid, phosphoric acid, polyphosphoric acid, methanesulfonic acid and the like can be mentioned. These liquids can be used alone or in combination of two or more. These dispersion media are preferable liquids for dispersing the single-walled carbon nanotubes. In addition, water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, monohydric alcohols such as ethylene glycol and propylene glycol, trihydric alcohols such as glycerin, ketones such as acetone, and cyclic ethers such as tetrahydrofuran, as long as the dispersibility is not impaired. In addition, halogenated aromatic hydrocarbons such as 1,2-dichlorobenzene, haloalkanes such as chloroform, and substituted heterocyclic compounds such as 1-methylnaphthalene may be included.
単層カーボンナノチューブを分散媒に混合する際には、特に限定されないが超音波や各種攪拌方法を用いることができる。攪拌方法としては、ホモジナイザーのような高速攪拌やアトライター、ボールミル等の攪拌方法も使用することができる。中でも超音波処理装置が好ましい。 When mixing single-walled carbon nanotubes with a dispersion medium, although not particularly limited, ultrasonic waves and various stirring methods can be used. As the stirring method, high-speed stirring such as a homogenizer, stirring methods such as an attritor and a ball mill can be used. Of these, an ultrasonic treatment apparatus is preferable.
単層カーボンナノチューブの分散媒に対する濃度は特に限定されるものではないが、濃度が薄すぎると利用価値が低く、濃度が高すぎると単層カーボンナノチューブの分散性が低下することもあるので、0.0001〜1重量%が好ましく、0.005〜0.5重量%がより好ましい。 The concentration of the single-walled carbon nanotubes with respect to the dispersion medium is not particularly limited. However, if the concentration is too low, the utility value is low, and if the concentration is too high, the dispersibility of the single-walled carbon nanotubes may decrease. 0.0001 to 1% by weight is preferable, and 0.005 to 0.5% by weight is more preferable.
本発明において、少量の全芳香族ポリアミドを分散剤として添加するによって単層カーボンナノチューブ分散液の分散性が極めて向上する。 In the present invention, the dispersibility of the single-walled carbon nanotube dispersion is greatly improved by adding a small amount of wholly aromatic polyamide as a dispersant.
本発明におけて分散剤として用いられる全芳香族ポリアミドは、実質的に下記式(A)及び(B)
―NH―Ar1―NH― (A)
―OC―Ar2―CO― (B)
(Ar1,Ar2は各々独立に炭素数6〜20の2価の芳香族基を表わす。)
の2つの構成単位が交互に繰り返された構造からなる全芳香族ポリアミドである。
The wholly aromatic polyamide used as a dispersant in the present invention is substantially represented by the following formulas (A) and (B):
-NH-Ar 1 -NH- (A)
—OC—Ar 2 —CO— (B)
(Ar 1 and Ar 2 each independently represents a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms.)
Is a wholly aromatic polyamide having a structure in which these two structural units are alternately repeated.
上記Ar1,Ar2は、各々独立に炭素数6〜20の2価の芳香族基であるが、その具体例としては、メタフェニレン基、パラフェニレン基、オルトフェニレン基、2,6−ナフチレン基、2,7−ナフチレン基、4,4’−イソプロピリデンジフェニレン基、4,4’−ビフェニレン基、4,4’−ジフェニレンスルフィド基、4,4’−ジフェニレンスルホン基、4,4’−ジフェニレンケトン基、4,4’−ジフェニレンエーテル基、3,4’−ジフェニレンエーテル基、メタキシリレン基、パラキシリレン基、オルトキシリレン基等が挙げられる。 Ar 1 and Ar 2 are each independently a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms. Specific examples thereof include a metaphenylene group, a paraphenylene group, an orthophenylene group, and 2,6-naphthylene. Group, 2,7-naphthylene group, 4,4′-isopropylidene diphenylene group, 4,4′-biphenylene group, 4,4′-diphenylene sulfide group, 4,4′-diphenylene sulfone group, 4, Examples thereof include 4′-diphenylene ketone group, 4,4′-diphenylene ether group, 3,4′-diphenylene ether group, metaxylylene group, paraxylylene group, and orthoxylylene group.
これらの芳香族基の水素原子のうち1つまたは複数がそれぞれ独立にフッ素、塩素、臭素等のハロゲン基;メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基等の炭素数1〜6のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の炭素数5〜10のシクロアルキル基;フェニル基等の炭素数6〜10の芳香族基で置換されていてもよい。なお、上記式(A)及び/又(B)の構成単位が、2種以上の芳香族基からなる共重合体であっても差し支えない。 1 or more of hydrogen atoms of these aromatic groups are each independently halogen groups such as fluorine, chlorine, bromine; alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl group, ethyl group, propyl group, hexyl group; A cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms such as a cyclopentyl group and a cyclohexyl group; an aromatic group having 6 to 10 carbon atoms such as a phenyl group may be substituted. In addition, the structural unit of the above formula (A) and / or (B) may be a copolymer composed of two or more aromatic groups.
これらのうち、Ar1はメタフェニレン基、パラフェニレン基、3,4’−ジフェニレンエーテル基が好ましく、パラフェニレン基、またはパラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基とを併用したものがさらに好ましく、パラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基とを併用した場合にはそのモル比が1:0.8〜1:1.2の範囲にあることがさらに好ましい。
Ar2はメタフェニレン基、パラフェニレン基、が好ましく、パラフェニレン基がさらに好ましい。
Of these, Ar 1 is preferably a metaphenylene group, a paraphenylene group, or a 3,4′-diphenylene ether group, and a paraphenylene group or a combination of a paraphenylene group and a 3,4′-diphenylene ether group. Is more preferable, and when a paraphenylene group and a 3,4′-diphenylene ether group are used in combination, the molar ratio is more preferably in the range of 1: 0.8 to 1: 1.2.
Ar 2 is preferably a metaphenylene group or a paraphenylene group, and more preferably a paraphenylene group.
すなわち本発明において好適に用いられるものとして具体的には、Ar1がパラフェニレン基及び3,4’−ジフェニレンエーテル基であり、Ar2がパラフェニレン基である共重合体であって、その共重合比(Ar1のパラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基のモル比)が1:0.8〜1:1.2の範囲にある全芳香族ポリアミド、およびAr1とAr2がともにパラフェニレン基である全芳香族ポリアミドを挙げることが出来る。 That is, specifically, a copolymer suitably used in the present invention is a copolymer in which Ar 1 is a paraphenylene group and a 3,4′-diphenylene ether group, and Ar 2 is a paraphenylene group, Wholly aromatic polyamides having a copolymerization ratio (molar ratio of paraphenylene group to 3,4'-diphenylene ether group of Ar 1 ) in the range of 1: 0.8 to 1: 1.2, and Ar 1 and Ar Mention may be made of wholly aromatic polyamides in which 2 is a paraphenylene group.
これらの全芳香族ポリアミドは溶液重合法、界面重合法、溶融重合法など従来公知の方法にて製造する事が出来る。重合度は芳香族ジアミン成分と芳香族ジカルボン酸成分の比率によりコントロールすることが出来、得られるポリマーの分子量としては98重量%濃硫酸に0.5g/100mLの濃度で溶かした溶液を30℃にて測定した特有粘度(inherent viscosity)ηinhが0.05〜20dL/gであることが好ましく、1.0〜10dL/gの間に有るものがより好ましい。 These wholly aromatic polyamides can be produced by a conventionally known method such as a solution polymerization method, an interfacial polymerization method, or a melt polymerization method. The degree of polymerization can be controlled by the ratio of the aromatic diamine component and the aromatic dicarboxylic acid component, and the molecular weight of the polymer obtained is a solution of 98% by weight concentrated sulfuric acid at a concentration of 0.5 g / 100 mL at 30 ° C. The inherent viscosity ηinh measured in the above is preferably 0.05 to 20 dL / g, more preferably 1.0 to 10 dL / g.
また、本発明において、分散剤として用いられる全芳香族ポリアミドは、コンポジットファイバーの構成要素である全芳香族ポリアミドと同じであることが好ましい。
分散剤としての全芳香族ポリアミドの使用量としては単層カーボンナノチューブに対して、0.1〜50重量%であることが好ましく、0.2〜20重量%であることがより好ましい。
In the present invention, the wholly aromatic polyamide used as the dispersant is preferably the same as the wholly aromatic polyamide that is a component of the composite fiber.
The amount of wholly aromatic polyamide used as the dispersant is preferably 0.1 to 50% by weight, more preferably 0.2 to 20% by weight, based on the single-walled carbon nanotube.
本発明において、単層カーボンナノチューブの混合液に、全芳香族ポリアミドを添加する方法として、固体の状態で添加する方法、または分散剤を溶解する溶媒に溶解した溶液の状態で添加する方法が挙げられる。分散剤溶液で添加する場合においては、使用する溶媒として特に限定はされないが、単層カーボンナノチューブを分散させるのに使用している分散媒と同種であることが好ましい。 In the present invention, as a method of adding a wholly aromatic polyamide to the mixed solution of single-walled carbon nanotubes, a method of adding it in a solid state or a method of adding it in the state of a solution dissolved in a solvent that dissolves a dispersant can be mentioned. It is done. When added as a dispersant solution, the solvent used is not particularly limited, but is preferably the same type as the dispersion medium used to disperse the single-walled carbon nanotubes.
混合液中に全芳香族ポリアミドを添加して単層カーボンナノチューブ分散液を調整する方法としては、特に限定はされないが超音波や各種攪拌方法を用いることができる。攪拌方法としては、ホモジナイザーのような高速攪拌やアトライター、ボールミル等の攪拌方法も使用することができる。なかでも超音波処理を行うことが好ましい。 The method for adjusting the single-walled carbon nanotube dispersion by adding wholly aromatic polyamide to the mixed solution is not particularly limited, but ultrasonic waves and various stirring methods can be used. As the stirring method, high-speed stirring such as a homogenizer, stirring methods such as an attritor and a ball mill can be used. Among these, it is preferable to perform ultrasonic treatment.
このように本発明において全芳香族ポリアミドを分散剤として添加することで、分散性の向上、分散している状態が保持、安定化し、分散性に優れた単層カーボンナノチューブ分散液を得ることができる。これらの作用機構については、明らかではないが分散している単層カーボンナノチューブの間に分散剤が均一に挿入された状態であり、単層カーボンナノチューブ間のファンデルワールス力を抑制し、凝集を抑制しているものと推定される。
得られた単層カーボンナノチューブ分散液を濃縮することにより、分散性を保持したまま高濃度の単層カーボンナノチューブ分散液を得ることも可能である。
Thus, by adding a wholly aromatic polyamide as a dispersant in the present invention, it is possible to improve the dispersibility, to maintain and stabilize the dispersed state, and to obtain a single-walled carbon nanotube dispersion excellent in dispersibility. it can. Although it is not clear about the mechanism of these actions, the dispersing agent is uniformly inserted between the dispersed single-walled carbon nanotubes, suppressing the van der Waals force between the single-walled carbon nanotubes and agglomerating. It is presumed to be suppressed.
By concentrating the obtained single-walled carbon nanotube dispersion, it is also possible to obtain a single-walled carbon nanotube dispersion having a high concentration while maintaining dispersibility.
次いで単層カーボンナノチューブ分散液と全芳香族ポリアミド溶液とを混合することにより、紡糸用混合溶液を作製することができる。
単層カーボンナノチューブ分散液と全芳香族ポリアミド溶液とを混合する方法としては、特に限定はされないが、超音波や各種攪拌方法を使用することができる。
Next, a mixed solution for spinning can be prepared by mixing the single-walled carbon nanotube dispersion and the wholly aromatic polyamide solution.
The method for mixing the single-walled carbon nanotube dispersion and the wholly aromatic polyamide solution is not particularly limited, and ultrasonic waves and various stirring methods can be used.
紡糸用混合溶液からの紡糸方法は、湿式、乾式、乾式湿式の併用いずれを用いても良い。前述したように紡糸工程において、流動配向、液晶配向、せん断配向、又は延伸配向させる事により全芳香族ポリアミドおよびカーボンナノチューブの配向を高め機械特性を向上させる事が出来る。 As a spinning method from the mixed solution for spinning, any of wet, dry, and dry wet combination may be used. As described above, in the spinning process, the orientation of the wholly aromatic polyamide and the carbon nanotube can be increased and the mechanical properties can be improved by performing the flow orientation, liquid crystal orientation, shear orientation, or stretch orientation.
全芳香族ポリアミドが例えば、Ar1がパラフェニレン基及び3,4’−ジフェニレンエーテル基でありAr2がパラフェニレン基であって、その共重合比(Ar1のパラフェニレン基と3,4’−ジフェニレンエーテル基のモル比)が1:0.8〜1:1.2の範囲にある共重合全芳香族ポリアミドの場合は、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒を混合溶媒として乾湿式紡糸を行った後、高温下、高倍率で延伸配向させることによりコンポジットファイバーを得ることが出来る。かかる際の好ましい延伸倍率としては2〜40倍、より好ましくは5〜30倍であるが、最大延伸倍率(MDR)になるべく近づけて延伸することが機械物性の面で望ましい。好ましい延伸配向時の温度としては100℃〜800℃、より好ましくは200℃〜600℃である。また全芳香族ポリアミドが例えば、Ar1とAr2がともにパラフェニレン基であるポリ(パラフェニレンテレフタルアミド)の場合は、100%硫酸、りん酸、ポリりん酸、メタンスルホン酸等の酸溶媒を混合溶媒として、液晶紡糸によりコンポジットファイバーを得ることが出来る。液晶紡糸では通常、高いドラフト比でキャップから溶液を紡糸することにより配向させることができる。 The wholly aromatic polyamide is, for example, Ar 1 is a paraphenylene group and 3,4′-diphenylene ether group, Ar 2 is a paraphenylene group, and its copolymerization ratio (the paraphenylene group of Ar 1 and 3,4 In the case of a copolymerized wholly aromatic polyamide having a molar ratio of '-diphenylene ether groups) in the range of 1: 0.8 to 1: 1.2, an amide system such as dimethylacetamide or N-methyl-2-pyrrolidone After performing dry and wet spinning using a solvent as a mixed solvent, a composite fiber can be obtained by stretching and orientation at a high magnification at a high temperature. In this case, the preferred draw ratio is 2 to 40 times, more preferably 5 to 30 times, but it is desirable from the viewpoint of mechanical properties that the draw ratio is as close as possible to the maximum draw ratio (MDR). The temperature during preferred stretching orientation is 100 ° C to 800 ° C, more preferably 200 ° C to 600 ° C. When the wholly aromatic polyamide is, for example, poly (paraphenylene terephthalamide) in which both Ar 1 and Ar 2 are paraphenylene groups, an acid solvent such as 100% sulfuric acid, phosphoric acid, polyphosphoric acid, methanesulfonic acid or the like is used. As a mixed solvent, a composite fiber can be obtained by liquid crystal spinning. In liquid crystal spinning, it is usually possible to align by spinning a solution from a cap with a high draft ratio.
以下、実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
(1)コンポジットファイバー中の単層カーボンナノチューブの凝集直径:EFI社製TECNAI12 BIO TWINを用いて繊維軸と平行に切断した繊維断面(倍率:10万倍)を用いて4μm2の範囲での凝集直径を直接観察することにより評価した。
(2)X線散乱測定:X線発生装置(理学電機社製)はターゲットCuKα線、電圧45kV、電流70mAの条件にて測定した。入射X線はオスミック社製多層膜ミラーにより集光及び単色化して、繊維試料を直径1mmに束ねたバンドルに対して入射X線が繊維軸垂直配置の透過法で測定した。散乱X線の検出は大きさ200mm×250mmのイメージングプレート(富士写真フィルム製)を用い、カメラ長200mm,露光時間10分の条件で測定した。
(3)偏向ラマン分光測定:ラマン分光装置は,顕微レーザーラマン分光測定装置(堀場ジョバンイボン製LabRamHR)を用いた。励起レーザー光源として波長785nmの半導体レーザーを用い,レーザービーム径は約1μmに集光した。かかる装置を使い、以下のようにして偏光ラマン分光測定を行なった。入射レーザーを繊維組成物の側面に繊維軸と直交方向から照射してカーボンナノチューブのラマンスペクトルを測定する際、レーザー偏光面を繊維軸と平行に配置した場合のラマンシフト波数1580cm−1付近のグラファイト構造由来のGバンド強度(IXX),レーザー偏光面を繊維軸と垂直に配置した場合のGバンド強度(IYY)を測定した。
(4)ラマン分光測定:ラマン分光装置は,顕微レーザーラマン分光測定装置(堀場ジョバンイボン製T64000)を用いた。励起レーザー光源として波長514.5nmのArイオンレーザーを用い,レーザービーム径は約1μmに集光した。D/Gの値はラマンシフト波数1360cm−1付近のディスオーダー構造由来のDバンド強度とラマンシフト波数1580cm−1付近のグラファイト構造由来のGバンド強度から算出した。
(5)繊維の機械特性:オリエンテック株式会社製テンシロン万能試験機1225Aを用いて、得られた繊維の単糸での引張り試験を行い、弾性率および強度を求めた。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited at all by these Examples.
(1) Agglomerated diameter of single-walled carbon nanotubes in composite fiber: Aggregation in the range of 4 μm 2 using a fiber cross section (magnification: 100,000 times) cut parallel to the fiber axis using TECNAI12 BIO TWIN manufactured by EFI The diameter was evaluated by directly observing.
(2) X-ray scattering measurement: The X-ray generator (manufactured by Rigaku Corporation) was measured under the conditions of target CuKα ray, voltage 45 kV, and current 70 mA. Incident X-rays were collected and monochromated by a multilayer mirror manufactured by Osmic Co., Ltd., and the incident X-rays were measured by a transmission method in which a fiber sample was bundled to a diameter of 1 mm and the incident X-rays were arranged perpendicular to the fiber axis. The scattered X-ray was detected using an imaging plate (made by Fuji Photo Film) having a size of 200 mm × 250 mm under the conditions of a camera length of 200 mm and an exposure time of 10 minutes.
(3) Deflection Raman spectroscopic measurement: As the Raman spectroscopic apparatus, a microscopic laser Raman spectroscopic measurement apparatus (LabRamHR manufactured by Horiba Joban Yvon) was used. A semiconductor laser having a wavelength of 785 nm was used as an excitation laser light source, and the laser beam diameter was focused to about 1 μm. Using such an apparatus, polarized Raman spectroscopic measurement was performed as follows. When measuring the Raman spectrum of a carbon nanotube by irradiating the side surface of the fiber composition with an incident laser from the direction orthogonal to the fiber axis, graphite having a Raman shift wavenumber of about 1580 cm −1 when the laser polarization plane is arranged parallel to the fiber axis G band intensity from the structure (I XX), the laser polarization plane was measured G band intensity when placed perpendicular to the fiber axis (I YY).
(4) Raman spectroscopic measurement: As the Raman spectroscopic apparatus, a microscopic laser Raman spectroscopic measuring apparatus (T64000 manufactured by Horiba Joban Yvon) was used. An Ar ion laser with a wavelength of 514.5 nm was used as an excitation laser light source, and the laser beam diameter was focused to about 1 μm. The value of D / G was calculated from the D band intensity derived from the disordered structure near the Raman shift wave number of 1360 cm −1 and the G band intensity derived from the graphite structure near the Raman shift wave number of 1580 cm −1 .
(5) Mechanical properties of the fiber: Tensylon universal testing machine 1225A manufactured by Orientec Co., Ltd. was used to conduct a tensile test on the obtained fiber with a single yarn to determine the elastic modulus and strength.
[参考例1]アラミド樹脂溶液の作成
十分に乾燥した攪拌装置付きの三口フラスコに、脱水精製したNMP2152g、p−フェニレンジアミン27.04g及び3、4’―ジアミノジフェニルエーテル50.06gを常温下で添加し窒素中で溶解した後、氷冷し攪拌しながらテレフタル酸ジクロリド101.51gを添加した。その後徐々に昇温して最終的に80℃、60分反応させたところで水酸化カルシウム37.04gを添加して中和反応を行い、NMPのアラミド樹脂溶液を得た。得られたドープを水にて再沈殿することにより得たアラミド樹脂の濃度0.5g/100mLの濃硫酸溶液を30℃で測定した特有粘度は3.5dL/gであった。
[Reference Example 1] Preparation of aramid resin solution To a sufficiently dry three-necked flask equipped with a stirrer, 2152 g of dehydrated and purified NMP, 27.04 g of p-phenylenediamine and 50.06 g of 3,4′-diaminodiphenyl ether were added at room temperature. After dissolution in nitrogen, 101.51 g of terephthalic acid dichloride was added while stirring on ice and stirring. Thereafter, the temperature was gradually raised and finally reacted at 80 ° C. for 60 minutes. Then, 37.04 g of calcium hydroxide was added to carry out a neutralization reaction to obtain an aramid resin solution of NMP. The specific viscosity measured at 30 ° C. of a concentrated sulfuric acid solution having an aramid resin concentration of 0.5 g / 100 mL obtained by reprecipitation of the obtained dope with water was 3.5 dL / g.
[参考例2]単層カーボンナノチューブの合成
多孔性担体にY型ゼオライト粉末(東ソー製;HSZ−320NAA)を用い、触媒金属化合物に酢酸第二鉄と酢酸コバルトを用いて、Fe/Co触媒をゼオライトに担持した。触媒の担持量はそれぞれ2.5重量%に調製した。その後、石英ボートに触媒粉末を乗せてCVD装置の石英管内に設置して真空排気をおこない、流量10mL/分でArガスを導入しながら室温から800℃まで昇温した。所定の800℃に達した後、エタノール蒸気を流量3000mL/分で導入し、Ar/エタノール雰囲気下で30分間保持した。得られた黒色の生成物をレーザーラマン分光法および透過型電子顕微鏡で分析した結果、単層カーボンナノチューブが生成していることが確認された。ついで、得られた生成物(単層カーボンナノチューブ/ゼオライト/金属触媒)を、フッ化水素酸10%に3時間浸漬後、中性になるまでイオン交換水で洗浄することでゼオライトおよび金属触媒を除去してカーボンナノチューブを精製した。ラマン分光測定から算出したD/G値は0.11であった。
[Reference Example 2] Synthesis of single-walled carbon nanotubes A Y / zeolite powder (manufactured by Tosoh; HSZ-320NAA) is used as a porous carrier, ferric acetate and cobalt acetate are used as catalytic metal compounds, and an Fe / Co catalyst is prepared. Supported on zeolite. The catalyst loading was adjusted to 2.5% by weight, respectively. Thereafter, the catalyst powder was placed on a quartz boat, placed in a quartz tube of a CVD apparatus, evacuated, and heated from room temperature to 800 ° C. while introducing Ar gas at a flow rate of 10 mL / min. After reaching a predetermined 800 ° C., ethanol vapor was introduced at a flow rate of 3000 mL / min, and held for 30 minutes in an Ar / ethanol atmosphere. As a result of analyzing the obtained black product by laser Raman spectroscopy and a transmission electron microscope, it was confirmed that single-walled carbon nanotubes were produced. Subsequently, the obtained product (single-walled carbon nanotube / zeolite / metal catalyst) is immersed in 10% hydrofluoric acid for 3 hours, and then washed with ion-exchanged water until neutral, so that the zeolite and the metal catalyst are obtained. The carbon nanotube was purified by removal. The D / G value calculated from the Raman spectroscopic measurement was 0.11.
[参考例3]単層カーボンナノチューブの精製
参考例2で合成した単層カーボンナノチューブを450℃で10分熱処理したのち、塩酸で洗浄する操作を繰り返すことで単層カーボンナノチューブを精製した。ラマン分光測定から算出したD/G値は0.035であった。
[Reference Example 3] Purification of Single-Walled Carbon Nanotubes The single-walled carbon nanotubes synthesized in Reference Example 2 were heat-treated at 450 ° C. for 10 minutes and then washed with hydrochloric acid to purify the single-walled carbon nanotubes. The D / G value calculated from the Raman spectroscopic measurement was 0.035.
[実施例1]
NMP30gに参考例3で精製した単層カーボンナノチューブ0.1gを加え、発振周波数38kHzの超音波により8時間超音波処理を行った。この単層カーボンナノチューブNMP混合液に、参考例1で作成したNMPのアラミド樹脂溶液1.67gを分散剤として加えて温度0℃で4時間超音波処理することにより、アラミド樹脂を少量含む単層カーボンナノチューブ分散液を調製した。アラミド樹脂溶液を添加することにより、単層カーボンナノチューブの分散性は飛躍的に向上した。さらに単層カーボンナノチューブ分散液にアラミド樹脂溶液を少しずつ攪拌しながら添加して均一な全芳香族ポリアミド100重量部/単層カーボンナノチューブ1重量部からなるポリマー濃度5重量%の紡糸用混合溶液を調製した。かくして得られたポリマードープを孔径0.3mm、L/D=1、孔数5個のキャップを用いて、シリンダー温度50℃にてNMP30重量%の水溶液である温度50℃の凝固浴中に速度3m/分にて押出した。キャップ面と凝固浴面との距離は10mmとした。凝固浴から取り出した繊維を50℃の水浴中にて水洗し、120℃の乾燥ローラーで乾燥後、500℃の熱板上にて延伸させた。先にこの延伸工程における最大延伸倍率(MDR)を求め、その0.9倍の倍率(15.3倍)で延伸を行い,コンポジットファイバーを得た。TEM観察結果からコンポジットファイバー中に存在するすべての単層カーボンナノチューブの凝集直径が10nm以下であることがわかった。また、X線散乱測定結果から単層カーボンナノチューブのサイズが1〜10nmであり、赤道方向に単層カーボンナノチューブに基づくストリークが発達していることから、単層カーボンナノチューブが高度に繊維軸方向に配向していることがわかった。偏向ラマン分光測定から配向係数Pは0.069であった。ファイバーの単繊維径は1.9de、弾性率は87.5GPa、強度は29.6deであった。
[Example 1]
0.1 g of single-walled carbon nanotubes purified in Reference Example 3 was added to 30 g of NMP, and sonication was performed for 8 hours with ultrasonic waves having an oscillation frequency of 38 kHz. A single layer containing a small amount of an aramid resin by adding 1.67 g of an aramid resin solution of NMP prepared in Reference Example 1 to this single-walled carbon nanotube NMP mixed solution as a dispersant and sonicating at a temperature of 0 ° C. for 4 hours. A carbon nanotube dispersion was prepared. By adding the aramid resin solution, the dispersibility of the single-walled carbon nanotubes was dramatically improved. Further, the aramid resin solution was added to the single-walled carbon nanotube dispersion while stirring little by little to obtain a mixed solution for spinning having a polymer concentration of 5% by weight consisting of 100 parts by weight of uniform wholly aromatic polyamide / 1 part by weight of single-walled carbon nanotubes. Prepared. The polymer dope thus obtained was fed into a coagulation bath at a temperature of 50 ° C., which is an aqueous solution of 30% by weight of NMP at a cylinder temperature of 50 ° C., using a cap having a pore diameter of 0.3 mm, L / D = 1, and 5 holes. Extrusion was performed at 3 m / min. The distance between the cap surface and the coagulation bath surface was 10 mm. The fiber taken out from the coagulation bath was washed with water in a 50 ° C. water bath, dried with a drying roller at 120 ° C., and then stretched on a hot plate at 500 ° C. First, the maximum draw ratio (MDR) in this drawing step was determined, and drawing was performed at a 0.9 times ratio (15.3 times) to obtain a composite fiber. From the TEM observation results, it was found that the aggregate diameter of all the single-walled carbon nanotubes present in the composite fiber was 10 nm or less. In addition, from the X-ray scattering measurement results, the size of the single-walled carbon nanotube is 1 to 10 nm, and the streak based on the single-walled carbon nanotube is developed in the equator direction. It was found to be oriented. From the deflection Raman spectroscopic measurement, the orientation coefficient P was 0.069. The single fiber diameter of the fiber was 1.9 de, the elastic modulus was 87.5 GPa, and the strength was 29.6 de.
[実施例2]
NMP1000gに参考例3で精製した単層カーボンナノチューブ0.1gを加え、発振周波数38kHzの超音波により8時間超音波処理を行った。この単層カーボンナノチューブNMP混合液に、参考例1で作成したNMPのアラミド樹脂溶液1.67gを分散剤として加えて温度0℃で4時間超音波処理することにより、アラミド樹脂を少量含む単層カーボンナノチューブ分散液を調製した。得られた単層カーボンナノチューブ分散液をエバポレーターにてNMPが30gになるまで濃縮することで、分散性に優れた単層カーボンナノチューブ分散液を調製した。さらに単層カーボンナノチューブ分散液にアラミド樹脂溶液を少しずつ攪拌しながら添加して均一な全芳香族ポリアミド100重量部/単層カーボンナノチューブ1重量部からなるポリマー濃度5重量%の紡糸用混合溶液を調製した。かくして得られたポリマードープを孔径0.3mm、L/D=1、孔数5個のキャップを用いて、シリンダー温度50℃にてNMP30重量%の水溶液である温度50℃の凝固浴中に速度3m/分にて押出した。キャップ面と凝固浴面との距離は10mmとした。凝固浴から取り出した繊維を50℃の水浴中にて水洗し、120℃の乾燥ローラーで乾燥後、500℃の熱板上にて延伸させた。先にこの延伸工程における最大延伸倍率(MDR)を求め、その0.9倍の倍率(15.4倍)で延伸を行い,コンポジットファイバーを得た。TEM観察結果からコンポジットファイバー中に存在する単層カーボンナノチューブのすべての凝集直径が5nm以下であることがわかった。また、X線散乱測定結果から単層カーボンナノチューブのサイズが1〜3nmであり、赤道方向に単層カーボンナノチューブに基づくストリークが発達していることから、単層カーボンナノチューブが高度に繊維軸方向に配向していることがわかった。(図1)偏向ラマン分光測定から配向係数Pは0.032であった。ファイバーの単繊維径は1.8de、弾性率は89.1GPa、強度は31.3deであった。
[Example 2]
0.1 g of single-walled carbon nanotubes purified in Reference Example 3 was added to 1000 g of NMP, and sonication was performed for 8 hours with ultrasonic waves having an oscillation frequency of 38 kHz. A single layer containing a small amount of an aramid resin by adding 1.67 g of an aramid resin solution of NMP prepared in Reference Example 1 to this single-walled carbon nanotube NMP mixed solution as a dispersant and sonicating at a temperature of 0 ° C. for 4 hours. A carbon nanotube dispersion was prepared. The obtained single-walled carbon nanotube dispersion was concentrated with an evaporator until NMP became 30 g, thereby preparing a single-walled carbon nanotube dispersion having excellent dispersibility. Further, the aramid resin solution was added to the single-walled carbon nanotube dispersion while stirring little by little to obtain a mixed solution for spinning having a polymer concentration of 5% by weight consisting of 100 parts by weight of uniform wholly aromatic polyamide / 1 part by weight of single-walled carbon nanotubes. Prepared. The polymer dope thus obtained was fed into a coagulation bath at a temperature of 50 ° C., which is an aqueous solution of 30% by weight of NMP at a cylinder temperature of 50 ° C., using a cap having a pore diameter of 0.3 mm, L / D = 1, and 5 holes. Extrusion was performed at 3 m / min. The distance between the cap surface and the coagulation bath surface was 10 mm. The fiber taken out from the coagulation bath was washed with water in a 50 ° C. water bath, dried with a drying roller at 120 ° C., and then stretched on a hot plate at 500 ° C. First, the maximum draw ratio (MDR) in this drawing step was determined, and drawing was performed at a ratio of 0.9 times (15.4 times) to obtain a composite fiber. From the TEM observation results, it was found that all the aggregate diameters of the single-walled carbon nanotubes present in the composite fiber were 5 nm or less. The X-ray scattering measurement results indicate that the size of the single-walled carbon nanotube is 1 to 3 nm, and the streak based on the single-walled carbon nanotube is developed in the equator direction. It was found to be oriented. (FIG. 1) The orientation coefficient P was 0.032 from the deflection Raman spectroscopic measurement. The single fiber diameter of the fiber was 1.8 de, the elastic modulus was 89.1 GPa, and the strength was 31.3 de.
[比較例1]
NMP30gに参考例3で精製した単層カーボンナノチューブ0.1gを加え、発振周波数38kHzの超音波により8時間超音波処理を行った。この単層カーボンナノチューブNMP分散液にアラミド樹脂溶液を少しずつ攪拌しながら添加して全芳香族ポリアミド100重量部/単層カーボンナノチューブ1重量部からなるポリマー濃度5重量%の紡糸用混合溶液を調製した。得られた溶液は、部分的に単層カーボンナノチューブの凝集物が観察された。かくして得られたポリマードープを孔径0.3mm、L/D=1、孔数5個のキャップを用いて、シリンダー温度50℃にてNMP30重量%の水溶液である温度50℃の凝固浴中に速度3m/分にて押出した。キャップ面と凝固浴面との距離は10mmとした。凝固浴から取り出した繊維を50℃の水浴中にて水洗し、120℃の乾燥ローラーで乾燥後、500℃の熱板上にて延伸させた。先にこの延伸工程における最大延伸倍率(MDR)を求め、その0.9倍の倍率(15.3倍)で延伸を行い,コンポジットファイバーを得た。TEM観察結果からコンポジットファイバー中に存在する単層カーボンナノチューブの80%の凝集直径が50nm以上であることがわかった。また、また、X線散乱測定結果では、赤道ストリークのない低角領域のハローパターンが発達していることから、散乱体サイズが大きく、繊維軸方向に配向していない単層カーボンナノチューブが存在していることがわかった。偏向ラマン分光測定から配向係数Pは0.22であった。ファイバーの単繊維径は1.9de、弾性率は79.7GPa、強度は27.6deであった。
[Comparative Example 1]
0.1 g of single-walled carbon nanotubes purified in Reference Example 3 was added to 30 g of NMP, and sonication was performed for 8 hours with ultrasonic waves having an oscillation frequency of 38 kHz. An aramid resin solution is added to the single-walled carbon nanotube NMP dispersion while stirring little by little to prepare a mixed solution for spinning having a polymer concentration of 5% by weight consisting of 100 parts by weight of wholly aromatic polyamide / 1 part by weight of single-walled carbon nanotubes. did. In the obtained solution, aggregates of single-walled carbon nanotubes were partially observed. The polymer dope thus obtained was fed into a coagulation bath at a temperature of 50 ° C., which is an aqueous solution of 30% by weight of NMP at a cylinder temperature of 50 ° C., using a cap having a pore diameter of 0.3 mm, L / D = 1 and 5 holes Extrusion was performed at 3 m / min. The distance between the cap surface and the coagulation bath surface was 10 mm. The fiber taken out from the coagulation bath was washed with water in a 50 ° C. water bath, dried with a drying roller at 120 ° C., and then stretched on a hot plate at 500 ° C. First, the maximum draw ratio (MDR) in this drawing step was determined, and drawing was performed at a 0.9 times ratio (15.3 times) to obtain a composite fiber. From the TEM observation results, it was found that the 80% aggregation diameter of the single-walled carbon nanotubes present in the composite fiber was 50 nm or more. In addition, in the X-ray scattering measurement results, since a halo pattern in the low-angle region without an equatorial streak has developed, there are single-walled carbon nanotubes that have a large scatterer size and are not oriented in the fiber axis direction. I found out. From the deflection Raman spectroscopic measurement, the orientation coefficient P was 0.22. The single fiber diameter of the fiber was 1.9 de, the elastic modulus was 79.7 GPa, and the strength was 27.6 de.
[比較例2]
NMP30gに参考例2で合成した未精製の単層カーボンナノチューブ0.1gを加え、発振周波数38kHzの超音波により8時間超音波処理を行った。この単層カーボンナノチューブNMP混合液に、参考例1で作成したNMPのアラミド樹脂溶液1.67gを分散剤として加えて温度0℃で4時間超音波処理することにより、アラミド樹脂を少量含む単層カーボンナノチューブ分散液を調製した。アラミド樹脂溶液を添加することにより、単層カーボンナノチューブの分散性は向上したが、部分的に単層カーボンナノチューブの凝集物が観察された。さらに単層カーボンナノチューブ分散液にアラミド樹脂溶液を少しずつ攪拌しながら添加して均一な全芳香族ポリアミド100重量部/単層カーボンナノチューブ1重量部からなるポリマー濃度5重量%の紡糸用金剛溶液を調製した。かくして得られたポリマードープを孔径0.3mm、L/D=1、孔数5個のキャップを用いて、シリンダー温度50℃にてNMP30重量%の水溶液である温度50℃の凝固浴中に速度3m/分にて押出した。キャップ面と凝固浴面との距離は10mmとした。凝固浴から取り出した繊維を50℃の水浴中にて水洗し、120℃の乾燥ローラーで乾燥後、500℃の熱板上にて延伸させた。先にこの延伸工程における最大延伸倍率(MDR)を求め、その0.9倍の倍率(15.9倍)で延伸を行い,コンポジットファイバーを得た。TEM観察結果からコンポジットファイバー中に存在する単層カーボンナノチューブの85%以上の凝集直径が50nm以上であることがわかった。また、X線散乱測定結果では、赤道ストリークのない低角領域のハローパターンが発達していることから、散乱体サイズが大きく、繊維軸方向に配向していない単層カーボンナノチューブが存在していることがわかった。(図2)偏向ラマン分光測定から配向係数Pは0.2であった。ファイバーの単繊維径は2.0de、弾性率は83.2GPa、強度は27.6deであった。
[Comparative Example 2]
0.1 g of unpurified single-walled carbon nanotubes synthesized in Reference Example 2 was added to 30 g of NMP, and sonication was performed for 8 hours with ultrasonic waves having an oscillation frequency of 38 kHz. A single layer containing a small amount of an aramid resin by adding 1.67 g of an aramid resin solution of NMP prepared in Reference Example 1 to this single-walled carbon nanotube NMP mixed solution as a dispersant and sonicating at a temperature of 0 ° C. for 4 hours. A carbon nanotube dispersion was prepared. Although the dispersibility of the single-walled carbon nanotubes was improved by adding the aramid resin solution, the aggregates of the single-walled carbon nanotubes were partially observed. Further, the aramid resin solution was added to the single-walled carbon nanotube dispersion while stirring little by little, and a spinning metal-rigid solution consisting of 100 parts by weight of uniform wholly aromatic polyamide / 1 part by weight of single-walled carbon nanotubes and having a polymer concentration of 5% by weight. Prepared. The polymer dope thus obtained was fed into a coagulation bath at a temperature of 50 ° C., which is an aqueous solution of 30% by weight of NMP at a cylinder temperature of 50 ° C., using a cap having a pore diameter of 0.3 mm, L / D = 1 and 5 holes Extrusion was performed at 3 m / min. The distance between the cap surface and the coagulation bath surface was 10 mm. The fiber taken out from the coagulation bath was washed with water in a 50 ° C. water bath, dried with a drying roller at 120 ° C., and then stretched on a hot plate at 500 ° C. First, the maximum draw ratio (MDR) in this drawing step was determined, and drawing was performed at a 0.9 times magnification (15.9 times) to obtain a composite fiber. From the TEM observation results, it was found that the aggregate diameter of 85% or more of the single-walled carbon nanotubes present in the composite fiber was 50 nm or more. In addition, in the X-ray scattering measurement results, a halo pattern in a low-angle region without an equatorial streak has developed, so there are single-walled carbon nanotubes that have a large scatterer size and are not oriented in the fiber axis direction. I understood it. (FIG. 2) The orientation coefficient P was 0.2 from the deflection Raman spectroscopic measurement. The single fiber diameter of the fiber was 2.0 de, the elastic modulus was 83.2 GPa, and the strength was 27.6 de.
[比較例3]
参考例1で作成したNMPのアラミド樹脂溶液245gに、さらにNMP55gを加えて温度80℃で4時間攪拌することにより、実施例とほぼ同じポリマー濃度であるカーボンナノチューブを含まないアラミド樹脂溶液を得た。かくして得られたポリマードープを孔径0.3mm、L/D=1、孔数5個のキャップを用いて、シリンダー温度50℃にてNMP30重量%の水溶液である温度50℃の凝固浴中に速度3m/分にて押出した。キャップ面と凝固浴面との距離は10mmとした。凝固浴から取り出した繊維を50℃の水浴中にて水洗し、120℃の乾燥ローラーで乾燥後、500℃の熱板上にて延伸させた。先にこの延伸工程における最大延伸倍率(MDR)を求め、その0.9倍の倍率(15.3倍)で延伸を行い,ファイバーを得た。ファイバーの単繊維径は2.0de、弾性率は79.5GPa、強度は27.3deであった。図3にX線散乱測定結果を示す。
[Comparative Example 3]
NMP 55 g was further added to 245 g of NMP aramid resin solution prepared in Reference Example 1, and the mixture was stirred at a temperature of 80 ° C. for 4 hours to obtain an aramid resin solution containing substantially the same polymer concentration as that of Example but not including carbon nanotubes. . The polymer dope thus obtained was fed into a coagulation bath at a temperature of 50 ° C., which is an aqueous solution of 30% by weight of NMP at a cylinder temperature of 50 ° C., using a cap having a pore diameter of 0.3 mm, L / D = 1 and 5 holes Extrusion was performed at 3 m / min. The distance between the cap surface and the coagulation bath surface was 10 mm. The fiber taken out from the coagulation bath was washed with water in a 50 ° C. water bath, dried with a drying roller at 120 ° C., and then stretched on a hot plate at 500 ° C. First, the maximum draw ratio (MDR) in this drawing process was determined, and the fiber was obtained by drawing at a 0.9-fold ratio (15.3 times). The single fiber diameter of the fiber was 2.0 de, the elastic modulus was 79.5 GPa, and the strength was 27.3 de. FIG. 3 shows the X-ray scattering measurement results.
Claims (5)
―NH―Ar1―NH― (A)
―OC―Ar2―CO― (B)
(Ar1,Ar2は各々独立に炭素数6〜20の2価の芳香族基を表わす。)
の構成単位から主としてなる全芳香族ポリアミド100重量部と単層カーボンナノチューブ0.01〜20重量部から構成されるコンポジットファイバーであり、90%以上の単層カーボンナノチューブが、凝集直径が10nm以下で分散していることを特徴とするコンポジットファイバー。 The following formulas (A) and (B)
-NH-Ar 1 -NH- (A)
—OC—Ar 2 —CO— (B)
(Ar 1 and Ar 2 each independently represents a divalent aromatic group having 6 to 20 carbon atoms.)
Is a composite fiber composed of 100 parts by weight of wholly aromatic polyamide mainly composed of the following structural units and 0.01 to 20 parts by weight of single-walled carbon nanotubes, and 90% or more of single-walled carbon nanotubes have an aggregate diameter of 10 nm or less. Composite fiber characterized by dispersion.
P=IYY/IXX (1)
(レーザー偏光面を繊維軸と平行に配置した場合のGバンド強度をIXX,レーザー偏光面を繊維軸と垂直に配置した場合のGバンド強度をIYYとする。)
で表される配向度Pが0より大きく0.2以下を満たすことを特徴とする請求項1に記載のコンポジットファイバー。 In the Raman spectrum derived from carbon nanotubes when the incident laser is irradiated on the side of the fiber from the direction orthogonal to the fiber axis in polarized Raman spectroscopy measurement, the following formula (1)
P = I YY / I XX (1)
(The G band intensity when the laser polarization plane is arranged parallel to the fiber axis is I XX , and the G band intensity when the laser polarization plane is arranged perpendicular to the fiber axis is I YY .)
2. The composite fiber according to claim 1, wherein an orientation degree P represented by the formula is greater than 0 and satisfies 0.2 or less.
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