JP2000170035A - 高速紡出糸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ８０００ｍ／分以上の引取速度において、良
好な紡糸調子の下に繊維断面内配向分布の少ないポリエ
ステル高速紡出糸を得ること。 【解決手段】 熱変形温度（Ｔ）が１０５〜１３０℃で
あり、ポリエステルと実質的に非相溶の粒子状の附加重
合体をポリエステル重合を基準として０．５〜４．０重
量％分散せしめたポリエステルを溶融紡糸し、８０００
ｍ／ｍｉｎ以上の引取速度で得た、その残留伸度が６０
％以下で繊維外層の複屈折率と内層の複屈折率との差δ
（Δｎ）が３．０×１０^-2以下であることを特徴とする
高速紡出糸。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維断面内配向分
布の少ないポリエステル高速紡出糸に関する。更に、詳
しくは、本発明は、ポリエステルフィラメント高速紡出
糸において、ポリエステルに非相溶の、不飽和モノマー
からなる附加重合体を分散せしめ且つ８０００ｍ／ｍｉ
ｎ以上の引取速度で溶融紡糸することによって、繊維断
面内配向分布の少ない、すなわちスキンコア構造をもた
ず、しかも高速製糸性と糸物性とに優れたポリエステル
高速紡出糸に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリエステル繊維の溶融紡糸に際し、そ
の口金からのポリマー吐出量を極力多くすることは、生
産性を上げる上で、極めて、有効な方法であり、昨今の
繊維産業界においては、製糸コストを低減させる観点か
ら極めて望ましいこととされている。

【０００３】これまで提案されてきたさまざまな製糸方
法の中で、コストメリットの大きい方法はポリエステル
を５０００ｍ／分以上の高速で引取ることによって配向
結晶化を紡糸ライン上で完結させ、そのまま捲取ること
で、紡糸工程のみで実用上充分な特性を有するポリエス
テル繊維を得る方法である。

【０００４】ただ、この方法も、引取速度が６０００ｍ
／ｍｉｎを越えると、紡糸時の単繊維切れ、断糸の頻度
が高く、同時に得られるポリエステル繊維の強度、ヤン
グ率といった機械的性質が通常の延伸糸あるいは直延糸
に比べて低くなる。さらに、この繊維には毛羽等の欠陥
があって、高次加工工程の工程通過性が著しく悪化し、
その結果織編物品位を損ねる。しかも、この傾向は、単
繊維デニールが小さくなるほど、さらにフィラメント数
が多くなるほど顕著になる。

【０００５】これら原因は、紡糸引取速度の高速化によ
り、紡糸ライン上の細化点が、上流側へシフトし、その
際配向結晶化を伴うネット状細化挙動が生じるからであ
る。つまり、この挙動に伴う急激な紡糸応力の増加は紡
出されたポリマー流表面で相対的にポリマー温度が低く
伸長粘度の高い部分に集中して配向結晶化を促進させる
一方、ポリマー流内部は、流動的に変形・細化して、配
向増加が極めて少ない繊維構造を形成するためである。

【０００６】ここで、繊維の強度や伸度に寄与している
のは、配向結晶化の進行したスキン層が主体であるた
め、この繊維の機械的性質はスキンコア構造を持たない
通常の延伸糸に比べて低く、従って繊維断面内の歪が、
高次加工工程でも解消されないために、織編物品位が損
なわれるのである。

【０００７】このような問題を解消する一つの手段とし
て、本発明者らは不飽和モノマーからなる附加重合体を
繊維伸度向上剤としてポリエステルに添加し、紡出糸の
残留伸度を高める方法［特公昭６３―３２８８５号公報
（対応欧州特許第４７４６４（Ａ₁ ）号］が有効である
ことを知った。本文献によれば、附加重合体の機能は、
ポリエステル中に分子オーダーでミクロ分散し、該重合
体がポリエステルの分子配向に対して、“コロ”の役割
を担うと定義づけられている（例えば、前掲のＥＰ特許
第９頁第３行参照）。そして、上記附加重合体の具体例
としてはその実施例において「Ｄｅｌｐｅｔ８０Ｎ」が
挙げられており、その熱変形温度を実測すれば、９８℃
であった。

【０００８】この方法によると中間配向糸（ＰＯＹ）を
はじめ、残留伸度の高い紡出糸すなわちａｓ―ｓｐｕｍ
糸や、超高速直延プロセスによる延伸糸（ＦＯＹ）が得
られる。しかし、８０００ｍ／分以上の引取速度では、
単繊維切れ、断糸の頻度が高く、同時に得られるポリエ
ステル繊維の断面内配向分布差が大きくなり、いわゆる
スキンコア構造が顕著になる。従って、繊維の機械的物
性の低下や後加工性及び織編物の品位の悪化等、８００
０ｍ／ｍｉｎ以上の引取速度の下では実用上の有益な効
果が得られていないという問題が未解決のまま放置され
ていたのである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、８０００ｍ／分以上の引取速度において、良好な紡
糸調子の下に、繊維断面内配向分布の少ないポリエステ
ル高速紡出糸を得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らの研究によれ
ば、ポリエステルと実質的に非相溶でかつより高い熱変
形温度（Ｔ）を持つ附加重合体を採用するとき、該重合
体は、従来の“コロ”の機能を離れて、紡出中の個々の
フィラメントに対して伸長変形抵抗として機能し、８０
００ｍ／分以上の引取速度で得た高速紡出糸において、
繊維断面内配向分布差、いわゆるスキン・コア構造が著
しく抑制されたポリエステル繊維が工程上のトラブルな
く得られることが究明された。

【００１１】かくして、本発明によれば、熱変形温度
（Ｔ）が１０５〜１３０℃であって、ポリエステルと実
質的に非相溶の粒子状の附加重合体をポリエステル重量
を基準として０．５〜４．０重量％分散せしめたポリエ
ステルを溶融紡糸し、８０００ｍ／ｍｉｎ以上の引取速
度で得た、その残留伸度が６０％以下で繊維外層の複屈
折率と内層の複屈折率との差δ（Δｎ）が３．０×１０
^-2以下であることを特徴とする高速紡出糸が提供され
る。

【００１２】さらに、本発明の背景について述べる。紡
出されつつある個々のフィラメント中でポリマーの分子
配合に対して“コロ”として機能する粒子状の繊維伸度
向上剤をポリエステル重合を基準として０．５〜４．０
重量％分散せしめたポリエステルを溶融紡糸し、２５０
０ｍ／ｍｉｎ〜８０００ｍ／ｍｉｎの引取速度で得た、
残留伸度増加率（Ｉ）が５０％以上であるフィラメント
紡出糸を得る、という概念自体、前掲のＥＰ４７４６４
Ａ、明細書に開示されている。そして、該伸度向上剤の
具体例としては、実測してみると熱変形温度（Ｔ）が９
８℃比較的低い、旭化成工業（株）製造のＤｅｌｐｅｔ
８０Ｎが示されているに過ぎない。

【００１３】これに対して、本発明では上記ＥＰ明細書
では言及されていないところの、繊維伸度向上剤の熱変
温度（Ｔ）を特定することにより、該ＥＰ明細書では、
未解決のまま放置されていた８０００ｍ／分以上の紡出
糸におけるスキン・コア構造の発現に因る実用に供し得
ない糸物性の問題さらには織編物にしたときの品位低下
の問題を克服したものである。

【００１４】次に、本発明の要件の意義について述べ
る。本発明において、８０００ｍ／分以上の紡出糸にお
いて、繊維断面内配向分布の発現を抑制する、ポリエス
テルと実質的に非相溶の附加重合体の熱変形温度（Ｔ）
は、１０５〜１３０℃の範囲にあることが必要である。

【００１５】これは、Ｔが例えば９８℃と低温で、ポリ
エステルの熱変形温度（７０℃）との差が、３０℃以下
の附加重合体をポリエステルに添加した場合、８０００
ｍ／分以上の引取速度下では以下のような問題が生じる
からである。すなわち、紡糸ライン上の細化点は、上流
側へシフトして配向結晶化を伴うネット状細化挙動を示
し、この時の急激な紡糸応力の増加は、紡出ポリマー流
表面の相対的にポリマー温度が低くて伸長粘度の高い部
分に集中して配向結晶化を促進させる一方、ポリマー流
内部は、流動的に変形・細化し、配向増加が極めて少な
い繊維構造すなわち好ましくないスキンコア構造が形成
される。

【００１６】これに対して、ポリエステルに実質的に非
相溶でしかも、ポリエステルとの熱変形温度差が３５℃
以上である、すなわちＴが１０５〜１３０℃の附加重合
体をポリエステルにサブミクロンオーダーで分散せしめ
た場合、紡糸ライン上特有の極めて上流側で急激に発生
・増加する紡糸応力を、従来とは逆に、ポリマー流断面
内に微分散した高伸長粘度成分である附加重合体が分配
・担持する。その結果、ポリマー流は急激な断面積変化
を伴う、ひずみ速度変化（ｄＶ／ｄＸ）が著しく極大を
示す、ネック状細化挙動が抑制されて連続的な細化挙動
を示すので、繊維断面内の配向分布差の少ないポリエス
テルフィラメント紡出糸が得られる。

【００１７】従って、紡糸応力分散成分として機能する
非相溶性附加重合体の熱変形温度は１０５〜１３０℃の
範囲にあることが必要である。好ましい範囲は、１１０
〜１３０℃である。この附加重合体のＴが１０５℃未満
の場合は、ポリエステルに対して十分に有意差のある高
伸長粘度成分として機能できず、他方１３０℃を越える
場合には、紡糸ライン上で、逆にポリエステルとの間に
著しい伸長粘度の差が生じるので、紡出糸の断面内配向
分布は小さいが、強伸度が実用レベルを下回り、また、
工程的にはポリマー流全体の細化過程に高伸度成分が追
従できず、曵糸性が損なわれ、断糸の原因となる。

【００１８】このようにして得られた紡出糸は、その紡
糸工程において、ネック状変形を伴う細化過程を経てい
ないことは既に述べたとおりである。そして、このよう
な高速紡糸挙動に起因して、紡出糸に特徴的なことは、
６０％以下の残留伸度を示しかつスキンコア構造が実質
的に発現していないことである。特に後者のスキンコア
構造を発現していない状況は、繊維断面において、配向
度分布の少ない、すなわち複屈折率（Δｎ）を尺度とし
て用いた場合のδ（Δｎ）が３．０×１０^-2以下を示す
紡出糸を提供する。同時に繊維自身のΔｎも少くとも
０．１０５以上の値を示す。

【００１９】本発明において、ポリエステルに実質的に
非相溶の粒子状附加重合体とは、不飽和モノマーからな
る、附加重合体のことであって、その熱変形温度（Ｔ）
が１０５〜１３０℃の範囲にあるものをいう。具体的な
組成としては、アクリロニトリル・スチレン共重合体、
アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体、ポ
リテトラフルオロエチレン、高密度ポリエチレン、低密
度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、ポリスチ
レン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリアク
リレート、ポリメチルメタクリレート、およびこれら重
合体を主成分とする誘導体が挙げられる。これら重合体
の分子量はポリマー流中での応力担持体として、ポリエ
ステとは独立に、高分子量体として構造粘弾性の発現を
必要とすることから少くとも２０００以上の分子量（重
量平均）を有していることが好ましい。

【００２０】詳しくは、その分子量が２０００以上２０
万以下であることが適当である。分子量が２０００より
も小さいと、高分子量体としての構造粘弾性を発現しな
いために、応力担持体として作用しない。一方、２０万
を超えると、重合体の凝集エネルギーが極めて高く、し
たがって、その溶融粘度がポリエステルに対して高すぎ
るために、ポリエステルへの分散が極めて困難になり、
その結果紡糸時の曵糸性が著しく悪化するとともに、捲
取も困難になり、さらには、ポリエステルに対するマイ
ナスの異物効果が大きく、実用可能な物性を得ることが
できない。好ましい分子量の範囲は８０００以上１５万
以下であり、このような高分子量重合体は、耐熱性も高
いので、一層好ましい。

【００２１】更に、本発明においてポリエステルに添加
する附加重合体として、より好ましいものは、分子量が
８０００以上２０万以下であって、ＡＳＴＭ―Ｄ１２３
８で規定される条件（２３０℃、荷重３．８ｋｇｆ）に
おいて、メルトインデックス（Ｍ．Ｉ．）が０．５〜１
５．０ｇ／ｍｉｎであるポリメチルメタクリレート系共
重合体やスチレンを主成分とするアイソタクチック系重
合体、また、同様の分子量範囲で、Ｍ．Ｉ．（ＡＳＴＭ
―Ｄ１２３８に準拠；２６０℃、５．０ｋｇｆ）が５．
０〜４０．０ｇ／１０分の範囲にあるポリメチレンペン
テンないしその誘導体、さらに、同様の分子量範囲で、
Ｍ．Ｉ．（ＡＳＴＭ―Ｄ１２３８に準拠；３００℃、
２．１６ｋｇｆ）が６．０〜２５．０ｇ／１０分のシン
ジオタクチック（結晶性）ポリスチレンないしその誘導
体である。これらの特定の物性を有する重合体は、ポリ
エステルの紡糸温度において、熱安定性と分散状態の安
定性に優れている。

【００２２】本発明においてポリエステルとは、芳香族
ジカルボン酸を主たる酸成分とする繊維形成能を有する
ポリエステルを指称し、例えば、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリテトラ
メチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレ
ンテレフタレート、ポリエチレン―２，６―ナフタレン
ジカルボキシレート等を挙げることができる。また、こ
れらポリエステルは第３成分として、ブタンジオールの
ようなアルコール成分またはイソフタル酸等のジカルボ
ン酸を共重合させた共重合体でも良く、更にこれら各種
ポリエステルの混合体でも良い。これらのうちポリエチ
レンテレフタレート系重合体が最適である。

【００２３】これらのポリエステルには、必要に応じて
艶消し剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、末端
停止剤、蛍光増白剤等が含まれていても良い。

【００２４】また、これらのポリエステルは紡糸性及び
糸物性の観点から固有粘度が０．４〜１．１であること
が望ましい。

【００２５】ポリエステルへの上記附加重合体の添加に
当たっては、任意の方法を採用することができる。例え
ばポリエステルの重合末期段階で該重合体を混合しても
よく、また、ポリエステルと該重合体とを溶融混合し
て、押出し冷却後、切断してチップ化してもよい。更に
は、サイドストリームから該重合体を溶融状態でポリエ
ステの溶融紡糸装置に、動的および／または静的ミクス
チャーを介して導入してもよい。また、両者をチップ状
で混合した後、そのまま溶融紡糸してもよい。その中で
も、連重直紡ラインのポリエステル配管から一部のポリ
マーを引き出し、それをマトリックスとして該重合体を
混練り分散させたものを元のニートポリマーラインへ、
任意の動的および／または静的ミクスチャーを介して戻
し、各配管に分配するという手法が最も好ましい。

【００２６】ポリエステルの紡出に当っては、紡出（吐
出）前の溶融ポリマーの濾過および紡糸ドラフトが重要
になる。

【００２７】ここでは、４０μ以下のポアサイズをもつ
フィルターを紡糸パック内に設置し、上記の重合体が分
散した溶融ポリエステルを該フィルターを通した後、１
５０〜１５００の範囲のみかけの紡糸ドラフト（率）の
もとに、紡出することが好ましい。４０μを超えるポア
サイズをもつフィルターでは、吐出ポリマー流中に粗大
粒子が混入し、安定な紡糸調子が確保できず、同時にフ
ィラメント表面にブリードアウトした粗大粒子が形成す
る表面凹凸によって、捲取性にも問題が生じる。一方、
紡糸ドラフトについては、高ドラフト範囲が重要である
ことが判明した。すなわち、１５０未満の低ドラフト即
ち、紡糸口金の吐出孔径の小さい場合、そこを通過する
ポリマー流は高い剪断力を受け、粒子状の附加重合体は
フィラメントの長手方向に引きちぎられる。その結果、
該粒子は、応力担持体としての機能を十分には果たすこ
となく、単にフィラメント表面への析出頻度が増え、捲
取性にも支障をきたすことになる。他方、１５００を越
える高いドラフトになると、吐出孔内での剪断力による
引き千切り効果が小さくなるが、粗大粒子の発生による
捲取時のトラブルが発生する。

【００２８】さらに、その他の紡糸要件として関係して
くるのは紡糸温度（口金温度）および紡糸口金下の冷却
である。

【００２９】前者については、附加重合体が分散した溶
融ポリエステルを吐出する際の口金温度を通常よりも低
くすると安定な捲取性が確保される。これは、口金から
吐出後の附加重合体の伸長粘度が紡糸ライン上流でより
大きくなり応力担持体としての機能が発現するからであ
る。最適な口金温度は２７０〜２９０℃である。２７０
未満では、ポリエステルの種類にもよるが、曵糸性の問
題が生じ、他方２９０℃を越えると、伸度向上剤である
附加重合体の耐熱安定性が低下する。

【００３０】後者の口金下の冷却は、横吹き冷却の場
合、その風速を０．１５〜０．６ｍ／ｓｅｃの範囲に維
持すればよい。風速が０．１５ｍ／ｓｅｃ未満では、フ
ィラメント長手方向の斑が大きくなる。また、０．６０
ｍ／ｓｅｃを超えると、ポリエステル側の伸長粘度が上
昇するので好ましくない。

【００３１】

【実施例】本発明で採用する物性値の測定方法について
説明する。 （１）熱変形温度（Ｔ） ＡＳＴＭ Ｄ―６４８に従う。 （２）残留伸度 紡出糸を気温２５℃×湿度６０％の高温恒湿に保たれた
部屋に１昼夜放置した後、サンプル長さ１００ｍｎを島
津製作所製張試験機テンシロンにセットし、２００ｍｍ
／ｍｉｎの速度、即ちひづみ速度２ｍｉｎ―１にて引張
り破断伸度を測定する。 （３）メルトインデックス ＡＳＴＭ Ｄ―１２３８に従う。

【００３２】［実施例１］固有粘度０．６４、艶消剤と
して酸化チタンをポリエステル重量を基準として０．３
ｗｔ％を含むポリエチレンテレフタレートチップを１６
０で５時間乾燥した後、直径２５ｍの１軸フルフライト
型溶融押出し機にて３００℃で溶融し、熱変形温度
（Ｔ）が１２５℃、Ｍ．Ｉ．が１．０ｇ／１０ｍｉｎ
（２３０℃×３．８ｋｇｆ）で分子量１５５，０００の
ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、および熱変形
温度（Ｔ）が９８℃、Ｍ．Ｉ．が２．５ｇ／１０ｍｉｎ
（２３０℃×３．８ｋｇｆ）で分子量６０，０００のＰ
ＭＭＡ、さらに熱変形温度（Ｔ）が１３５℃、Ｍ．Ｉ．
が０．５５ｇ／１０ｍｉｎ（２３０℃×３．８ｋｇｆ）
で分子量６５，０００のＰＭＭＡ系共重合体さらに、Ｔ
が１０８℃、Ｍ．Ｉ．が２０．５ｇ／１０ｍｉｎ（２６
０℃；荷重５．０ｋｇ）で分子量１６万のポリメチルペ
ンテン系重合体をサイドストリームから溶融状態で、押
出し機中の溶融ポリエステルへ導入し、次いで２０段の
スタティックミキサーを通して混合分散させた後、口金
直上に設けた２５μｍのポアサイズをもつ金属繊維フィ
ルターおよび直径０．４ｍｍφ―ランド長０．８ｍｍ
（Ｌ）の吐出孔を３６個有する紡糸口金から、口金温度
２８５℃にて溶融ポリーを表１のＮｏ．１〜１４に示す
ような各引取速度にあわせてその吐出量を変化させつつ
吐出した。さらに口金下下方９ｃｍ〜１００ｃｍに設け
た横吹き紡糸冷却筒から２５℃の空気を０．２３ｍ／ｓ
ｅｃの速度で吹きつけて吐出ポリマー流を冷却固化せし
め、ＯＰＵ０．２５〜０．３０ｗｔ％範囲内で油剤付着
処理を施した後、７５ｄｅ／３６ｆの紡出糸として巻取
った。なお、各実験におけるドラフトは４０７である。
結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】以下、表１の実施例について考察する。実
験Ｎｏ．１は、紡糸応力分散剤として働く、高い熱変形
温度の非相溶性附加重合体を含まないために、繊維断面
内の配向速度δ（Δｎ）が大きく、全体の平均複屈折率
Δｎは小さくなり、強度が低い上に、断糸、ランプの発
生等紡糸工程調子が悪い。また、Ｎｏ．２についても、
Ｔが１２５℃のＰＭＭＡの添加量が０．１ｗｔ％と少量
であるため、δ（Δｎ）が大きくしかも工程調子が改善
されていない。一方、Ｎｏ．３、Ｎｏ．７および８は、
本発明の要件を満足するため、δ（Δｎ）が小さく、強
伸度特性に優れ且つ工程調子の改善が著しい。Ｎｏ．４
は、ＰＭＭＡの熱変形温度Ｔが低いために紡糸応力分散
剤としての作用が不十分であるために、依然として、δ
（Δｎ）が大きく、したがって強度が低い。一方、Ｎ
ｏ．５は、ＭＭＡ、アクリル酸イミド附加物、スチレン
をモル比で、２２：４８：３０の割合で共重合した、１
３５℃の高い熱変形温度のＰＭＭＡ共重合体を含有して
いることから、その紡出糸の特性は、繊維の平均の配向
度の促進自身が抑制されて、高残留伸度となっている
が、該重合体の紡糸応力担持体としての作用が大きいた
めに、ポリエステルの変形に追従できず、界面剥離を引
き起こした事に因るものと推定される曵糸性の低下が問
題である。

【００３５】また、Ｎｏ．６は、ＰＭＭＡの添加量が過
剰であるため、断糸およびラップの発生が認められた。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱変形温度（Ｔ）が１０５〜１３０℃で
   あって、ポリエステルと実質的に非相溶の粒子状の附加
   重合体をポリエステル重量を基準として０．５〜４．０
   重量％分散せしめたポリエステルを溶融紡糸し、８００
   ０ｍ／ｍｉｎ以上の引取速度で得た、その残留伸度が６
   ０％以下で繊維外層の複屈折率と内層の複屈折率との差
   δ（Δｎ）が３．０×１０^-2以下であることを特徴とす
   る高速紡出糸。
2. 【請求項２】 複屈折率（Δｎ）が０．１０５以上であ
   る請求項１記載の高速紡出糸。
3. 【請求項３】 附加重合体が、分子量が少なくとも２０
   ００以上の、不飽和モノマーからなる附加重合体である
   請求項１の高速紡出糸。
4. 【請求項４】 不飽和モノマーからなる附加重合体が、
   分子量８０００以上２０万以下であって、メルトインデ
   ックス（２３０℃、荷重３．８ｋｇ）が０．５〜８．０
   ｇ／１０分のメチルメタクリレートを主成分とするポリ
   メチルメタクリレート系重合体である請求項３記載の高
   速紡出糸。
5. 【請求項５】 不飽和モノマーからなる附加重合体が、
   分子量８０００以上２０万以下であって、メルトインデ
   ックス（２３０℃、荷重３．８ｋｇ）が０．５〜８．０
   ｇ／１０分のスチレンを主成分とするアイソタクチック
   ポリスチレン系重合体である請求項３記載の高速紡出
   糸。
6. 【請求項６】 不飽和モノマーからなる附加重合体が、
   分子量８０００以上２０万以下であって、メルトインデ
   ックス（３００℃、荷重２．１６ｋｇ）が６〜２５ｇ／
   １０分のシンジオタクチック（結晶性）ポリスチレン系
   重合体である請求項３記載の高速紡出糸。
7. 【請求項７】 不飽和モノマーからなる附加重合体が、
   分子量８０００以上２０万以下であって、メルトインデ
   ックス（２６０℃、荷重５．０ｋｇ）が５．０〜４０．
   ０ｇ／１０分の４―メチルペンテン―１を主成分とする
   ポリメチルペンテン系重合体である請求項３記載の高速
   紡出糸。