JP2000265331A - 高強度、高弾性率ポリエステル繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度、高弾性率を有する高性能ポリエステ
ル繊維を、特別な紡糸装置や工程を設けることなく、安
定的に紡糸、延伸が行え、生産性よく製造することが可
能な製造方法を提供する。 【解決手段】 極限粘度ＩＶが０．９〜３．０のエチレ
ンテレフタレート系ポリエステルに２１０℃以上の温度
でこのエチレンテレフタレート系ポリエステルに相溶す
る化合物を添加し、溶融紡糸延伸して製造するに際し、
相溶する化合物の濃度を繊維の横断面形状における中心
部方向がより高くなるようにして紡糸し、連続または一
旦捲き取った後に延伸する、高強度、高弾性率ポリエス
テル繊維の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度と高弾性特
性とを有するポリエステル繊維を工業的に製造する方法
に関するものであり、さらに詳しくはタイヤ補強材、コ
ンベアベルト補強材等の用途に有用な高性能ポリエステ
ル繊維の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高強度、高弾性率ポリエステル繊維を得
る方法は種々提案されており、例えば特開昭63-99322号
公報、特開昭63-196711 号公報、特開昭63-196712 号公
報には、高重合度の原料ポリマーを用いる方法が記載さ
れている。しかしながら、高分子量ポリエチレンテレフ
タレートを用いると、高分子量のため溶融粘度が極めて
高くなり、溶融液の流動性が極端に低下し、通常の紡糸
装置を用いた溶融紡糸は極めて困難である。

【０００３】また、特公昭47-3372 号公報には、耐圧紡
糸装置を用いる方法が記載されているが、装置の設備投
資が大きくなり実用的ではない。特開昭61-207616 号公
報には、高重合度ポリエステルを溶剤に溶解し、３〜１
０重量％といった希薄な濃度で紡糸する方法が記載され
ているが、湿式紡糸による生産性の低さ及び溶媒回収コ
スト等を考えると実用的とはいえない。

【０００４】さらに、特開昭63-196711 号公報及び特開
昭63-196712 号公報には、延伸前に例えばアセトン等の
有機溶剤を用いて膨潤させる方法が記載されているが、
膨潤処理速度が律速となり、生産性の面で実用性に欠け
る。

【０００５】また、特開平６-17313号公報には、ポリマ
ーに減粘剤を添加する方法が提案されているが、減粘剤
を添加したことにより生じる糸径方向の微細構造を抑制
するために、空気中に溶融紡糸した糸条を口金下方に設
けた液体浴中に導入しなければならない。このため紡糸
速度は高々１５０ｍ／分程度となり、また二工程法とな
るため生産性の面で実用性に欠ける。

【０００６】このように、いずれの製造方法も十分な実
用性を有しているとはいい難く、現状では、高強度で高
弾性率を有する高性能ポリエステル繊維を工業的に製造
する方法は提案されていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するものであって、高強度で高弾性率を
有する高性能ポリエステル繊維を、特別な紡糸装置や工
程を設けることなく、安定的に紡糸、延伸が行え、生産
性よく製造することが可能な高強度、高弾性率ポリエス
テルの製造方法を提供することを技術的な課題とするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、このような
課題を解決するために検討した結果、本発明に到達し
た。すなわち、本発明は、極限粘度ＩＶが０．９〜３．
０のエチレンテレフタレート系ポリエステルにこのポリ
エステルに相溶する化合物を添加し、溶融紡糸延伸して
ポリエステル繊維を製造するに際し、エチレンテレフタ
レート系ポリエステルに相溶する化合物の濃度を繊維の
横断面形状における中心部方向がより高くなるようにし
て紡糸し、連続または一旦捲き取った後に延伸すること
を特徴とする高強度、高弾性率ポリエステル繊維の製造
方法を要旨とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用するエチレンテレフタレート系ポリエステ
ルは、極限粘度ＩＶが０．９以上、３．０以下のもので
ある。極限粘度が３．０を超えるポリエステルでは、ポ
リエステルに対して相溶性のある化合物を添加しても溶
融液の溶融粘度が高いため、高耐圧仕様の特殊な装置が
必要となり、一方、また極限粘度が０.９未満の場合に
は、高強度で高弾性率の繊維が得られない。

【００１０】そして、本発明のエチレンテレフタレート
系ポリエステルは、高強度で高弾性率繊維を得るために
はポリエチレンテレフタレートのみからなるものが最も
好ましいが、得られる繊維の高強度、高弾性率の性能を
低下させない範囲であれば、他の成分を共重合あるいは
混合していてもよいが、これらの割合は１５モル％程度
までとすることが好ましい。

【００１１】本発明でエチレンテレフタレート系ポリエ
ステルに添加する、ポリエステルと相溶性のある化合物
は、ポリエステルポリマーの熱安定性（極限粘度の保持
性）を向上させたり、溶融液の溶融粘度を低下させ、流
動性を向上させたり、延伸時の延伸性を向上させるため
に添加するものであり、中でも、２１０℃以上の温度で
エチレンテレフタレート系ポリエステルに相溶するもの
が好ましく、具体的には、ビフェニール化合物またはナ
フタレン化合物またはフェニルエーテル化合物またはそ
れらの誘導体の中から選ばれた少なくとも１種類以上の
化合物又はこれらの混合物が挙げられる。

【００１２】中でも、添加したポリエステルポリマーの
取り扱い性等を考慮すると、エチルビフェニール、１ー
メチルナフタレン、ジフェニールエーテル等が特に好ま
しい。

【００１３】そして、本発明の方法においては、これら
のポリエステルと相溶性のある化合物を、化合物の濃度
が繊維横断面形状における中心部方向がより高くなるよ
うにして紡糸することが重要である。すなわち、これら
の相溶性化合物をポリマー中に均一に混合するのではな
く、相溶性化合物の濃度差をつけた数種類のポリマーと
し、これらのポリマーを相溶性化合物濃度の高いものか
ら中心部に配置して紡糸を行うものである。

【００１４】具体的な方法としては、芯鞘複合、三重複
合円、海島型等の形状とする複合紡糸方法を採用するこ
とができる。これらいずれの方法でも本発明の目的とす
る高強度、高弾性率繊維を得ることができるが、各層間
の化合物の濃度を精密にコントロールすることが比較的
容易な三重複合円型となるように複合紡糸する方法がよ
り好ましい。

【００１５】相溶性の化合物をポリエステルと均一に混
合し、ひとつの押出機にて溶融紡糸した場合、紡糸口金
から紡出直後の糸条では、相溶性の化合物は単糸の糸径
方向に均一に分散しているものの、冷却固化の過程にて
単糸断面の外周方向になるほど化合物の濃度が高くなる
ような変化が生じる。

【００１６】このように単糸断面の半径方向に化合物の
濃度が異なると、次の延伸工程において化合物の濃度が
高い部分がより延伸されやすくなり、均一に延伸が行わ
れず、高倍率延伸の阻害要因になる。なお、このような
冷却固化の過程において相溶性化合物の濃度斑が生じる
のを防ぐためには、口金より吐出した紡出糸を口金下方
に設置した液体浴中に導入して急冷すればよいが、これ
らの過程は生産性を低下させる原因となり好ましくな
い。

【００１７】そこで、本発明においては、均一な延伸を
行うために、予め冷却固化工程で生じる濃度斑を考慮
し、ポリエステルとポリエステルに相溶性の化合物とを
混合して溶融紡糸するに際し、化合物の濃度が高いポリ
マーから中心部付近にくるように配置し、濃度差を設け
て紡糸を行う。これによって、糸条が冷却固化するまで
の間に糸条の半径方向に相溶性化合物の濃度の変化が生
じても、それを相殺するように予め濃度差を設けてある
ため、冷却固化後の糸条はほぼ均一に混合された状態の
ものとなり、これにより高倍率で均一な延伸が可能とな
る。

【００１８】本発明においては、用いるエチレンテレフ
タレート系ポリエステルポリマーの種類、溶融紡糸口金
を構成する紡糸孔１個当たりの重合体吐出量、紡糸口金
全体での重合体吐出量、複合糸の条件（芯鞘、三重複合
円、海島型等の複合構造やその各層の比率）、糸条の冷
却条件、第一ローラの引取速度、延伸条件等のいわゆる
紡糸条件により、空気中における紡出糸の細化プロフィ
ールや温度プロフィールが変化するため、単糸の内層部
と外層部における化合物の具体的な濃度差は、これらを
考慮して適切に選択する。

【００１９】例えば、芯鞘複合糸の場合、芯鞘の面積比
率（芯／鞘）が１／４〜４／１の場合、相溶性化合物の
濃度を芯部は８０〜５重量％、鞘部は５０〜０重量％、
さらには、芯部６０〜２０重量％、鞘部３０〜０重量
％、最適には芯部４０〜２５重量％、鞘部２０〜０重量
％とし、両者の差を５〜８０重量％とすることが好まし
い。

【００２０】三重円複合糸の場合は、内層、中層、外層
の面積比率（内層／中層／外層）が１：１：４〜４：
４：１の場合、相溶性化合物の濃度を最内層は８０〜１
０重量％、中間層は５０〜１０重量％、最外層は３０〜
０重量％、さらには、最内層６０〜１５重量％、中間層
３０〜１５重量％、最外層２０〜０重量％とし、各層間
の差を１０〜４５重量％とすることが好ましい。

【００２１】また、用いるエチレンテレフタレート系ポ
リエステルポリマーのＴｇまたはＴｃが低いほど、冷却
条件が穏やかである（糸条がゆっくりと冷却される）ほ
ど、冷却固化過程において繊維断面外周部の化合物濃度
が高くなるので、このような場合は内層部の化合物濃度
をより高める方が好ましい。

【００２２】さらに、本発明においては、上記のように
溶融紡糸された未延伸糸を一旦捲き取った後、又は紡糸
に連続して延伸を行う。紡糸に引き続いて延伸を行う際
には、未延伸糸のガラス転移温度以上の温度で自然延伸
倍率以上の倍率で延伸し、第一段の延伸に引き続き、１
２０〜２７０℃の温度範囲で次段の延伸を行うことが好
ましい。そして、必要に応じてさらに多段延伸を行って
もよいが、最終段の最大延伸応力を２ｇ／ｄ以上で延伸
することが好ましい。

【００２３】第一段の延伸倍率を自然延伸倍率未満とし
た場合には糸斑の発生頻度が増大し、次の延伸工程での
延伸性の向上は期待できず、全延伸倍率が増大しない。
最終段の最大延伸応力を２ｇ／ｄ未満で延伸した場合に
は、得られる繊維の強度や弾性率が低下しやすい。

【００２４】このように、本発明の製造方法によれば、
糸条が冷却固化するまでの間に変化する糸条半径方向の
化合物の濃度を考慮して、あらかじめ糸条の半径方向に
化合物の濃度に差を持たせたポリマーを配して紡糸を行
うので、冷却固化後の糸条には、繊維断面の外周部の化
合物濃度が高くなるという現象は見られず、この濃度斑
によって生じる次の延伸工程での延伸斑の問題も解消で
きる。このため、本発明によれば通常の冷却気流を吹き
当てるのみによる冷却を行い、高倍率で延伸を行うこと
が可能となり、高速生産性を落とすことなく高強度で高
弾性率の繊維を安定して製造することができる。

【００２５】次に、本発明を実施例により具体的に説明
する。なお、実施例中の各種の特性値の測定、評価は次
のように行った。 〔極限粘度〕エチレンテレフタレート系ポリエステルの
極限粘度（ＩＶ）はＰ−クロロフェノール／テトラクロ
ロエタン＝３／１混合溶液を用い、３０℃の温度で測定
した極限粘度〔η〕を次式によりフェノール／テトラク
ロロエタン＝６０／４０の極限粘度（ＩＶ）に換算した
ものである。 ＩＶ＝０．８３２５×〔η〕＋０．００５ 〔化合物の濃度斑〕延伸前の糸条について、透過定量型
干渉顕微鏡（東独カールツアイスイエナ社製）を使用
し、光源としてキセノンランプを用い、偏光下干渉フィ
ルター波長５４４ｍμの緑色光線で得た干渉縞パターン
から単糸断面内の化合物の濃度斑（微細構造分布）を定
性的に判定し、斑のあるものを×、斑のないものを○と
した。 〔繊度〕ＪＩＳ Ｌ１０１３（１９８１）の７・５・１
に準拠した試験方法と条件で測定した。 〔強度〕ＪＩＳ Ｌ１０１３（１９８１）の７・５・１
に準拠し、標準状態の実験室において東洋ボールドウイ
ン社製の定速伸長型万能引張試験装置を使用して単繊維
の引張強さを測定した。ただし、測定条件は５ｋｇｆ、
引張型ロードセルを用い、つかみ間隔１０ｃｍ、引張速
度１０ｃｍ／分、記録用紙送り速度１００ｃｍ／分で引
張り、試料が切断したときの荷重（ｇ）を測定し、次式
により引張強さ（ｇ／ｄ）を求め、これを強度とした。 引張強さ（ｇ／ｄ）＝切断時の荷重（ｇ）／試料の繊度
（ｄ） 〔初期弾性率〕上記ＪＩＳ Ｌ１０１３（１９８１）の
７・５・１に準じた繊維強度の試験方法と同じ方法で試
験を行い、記録紙上に荷重−伸長曲線を描き、この図よ
りＪＩＳ Ｌ１０１３（１９８１）の７・１０の記載の
初期引張抵抗度計算式により初期引張抵抗度（ｇ／ｄ）
を求めて初期弾性率とした。

【００２６】実施例１〜６ 表１に示す極限粘度のポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）を用い、ＰＥＴに相溶性の化合物として１−メチ
ルナフタレンを表１に示す濃度となるように添加したも
のを芯成分と鞘成分とし、芯成分と鞘成分を別々のエク
ストルーダー型紡糸機を使用して２８０℃で溶融した
後、３００℃に保った孔径が０．６ｍｍ、孔数が９６の
複合紡糸口金から、単孔当たりの吐出量３．１ｇ／分で
常温空気中に芯鞘型複合繊維（芯鞘比率が１：１）を溶
融紡糸した。紡出糸条に１５℃の空気流を吹きつけて冷
却固化し、次いで油剤を付与した後、表１に示す速度で
回転する引取ローラで引き取り、連続して引取ローラと
第一延伸ローラの間で７０℃の温度に加熱した非接触式
の熱処理ヒータを介して表１に示す第１延伸倍率で第１
段目の延伸を行った。引き続いて２５０℃の温度に加熱
した非接触式熱処理ヒータを介して第２延伸ローラとの
間で表１に示す第２延伸倍率で第２段目の延伸を行い、
捲取機で捲き取った。得られた延伸糸の強度、初期弾性
率を表１に示す。

【００２７】比較例１〜６ 表１に示す極限粘度のＰＥＴを用い、１−メチルナフタ
レンを２０重量％含有する単一ポリマーからなる繊維と
し、シングルノズルを用い、表１に示すような延伸倍率
で延伸を行った以外は、実施例１と同様にして行った。
得られた延伸糸の強度、初期弾性率を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１から明らかなように、実施例１〜６で
は、芯鞘複合構造とし、芯成分の化合物濃度が高くなる
ようにして溶融紡糸を行ったので、冷却後の糸条は半径
方向での化合物の濃度斑がなく、高倍率で延伸を行うこ
とが可能となり、通常の装置を用いて高強度、高弾性率
の繊維を操業性よく得ることができた。一方、比較例１
〜６では、化合物を均一に添加して溶融紡糸を行ったた
め、糸条の半径方向での化合物の濃度斑が大きく、高倍
率での延伸ができず、得られた繊維は、強度、弾性率と
もに低いものであった。

【００３０】実施例７〜１２ 表２に示す極限粘度のＰＥＴを用い、１−メチルナフタ
レンを含有量を表２に示すように種々変更した３種類の
ポリマーを用意し、複合紡糸口金装置を用い、これらが
内層、中層、外層となる同心円三重複合構造の繊維（内
層：中層：外層＝１：１：１）を紡糸し、表２に示すよ
うな延伸倍率で延伸を行った以外は、実施例１と同様に
して行った。得られた延伸糸の強度、初期弾性率を表２
に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】表２から明らかなように、実施例７〜１２
では、同心円三重複合構造とし、内層の化合物の濃度が
最も高く、次に中層が高く、外層の化合物濃度が最も低
くなるようにして溶融紡糸を行ったので、冷却後の糸条
は半径方向での化合物の濃度斑が生じず、高倍率で延伸
を行うことが可能となり、通常の装置を用いて高強度、
高弾性率の繊維を操業性よく得ることができた。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ポリエステルと高温下
で相溶性を有する特定の化合物を糸条の内部方向の濃度
がより高くなるようにして溶融紡糸を行うので、冷却固
化過程で生じる単糸断面の糸径方向の化合物の濃度斑を
防ぐことができる。このため、溶融粘度が高すぎて工業
的には紡糸、延伸が困難とされてきた高分子量エチレン
テレフタレート系ポリエステルを、通常の装置を用いて
高倍率で延伸することが可能となり、強度及び初期引張
弾性率ともに優れたポリエステル繊維を操業性よく得る
ことができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極限粘度ＩＶが０．９〜３．０のエチレ
   ンテレフタレート系ポリエステルにこのポリエステルに
   相溶する化合物を添加し、溶融紡糸延伸してポリエステ
   ル繊維を製造するに際し、エチレンテレフタレート系ポ
   リエステルに相溶する化合物の濃度を繊維の横断面形状
   における中心部方向がより高くなるようにして紡糸し、
   連続または一旦捲き取った後に延伸することを特徴とす
   る高強度、高弾性率ポリエステル繊維の製造方法。