JP2002115117A - Low-molecular-oriented fiber and method for producing the same - Google Patents
Low-molecular-oriented fiber and method for producing the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高強度繊維および
極細繊維の製造技術に係わり、特にはその前身となる高
倍率に延伸されつつも低分子配向であるところの繊維
を、高速で製造する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for producing high-strength fibers and ultrafine fibers, and more particularly to a method for producing, at a high speed, a predecessor of a fiber which is drawn at a high magnification and has a low molecular orientation. About technology.
【0002】[0002]
【従来の技術】ポリエステル、ナイロン等の一般的合成
繊維は、溶融状態で紡糸(繊維形状の付与)後、延伸に
よって分子配向・結晶化が行われる。高強度繊維を得る
ためには、一般的に繊維を構成する原料高分子の分子量
は大きいほどよい。しかるに原料高分子は溶融工程で高
温下にさらされるため、ある程度の分子量低下は避けが
たく、一般に紡糸後繊維を構成する原料高分子の分子量
は紡糸前繊維の原料高分子よりも低下する。かかる分子
量低下は紡糸温度を上げるほど顕著になるため、分子量
低下を防ぐためにはなるべく低温で溶融紡糸することが
好ましい。2. Description of the Related Art General synthetic fibers such as polyester and nylon are spun (given a fiber shape) in a molten state and then subjected to molecular orientation and crystallization by stretching. In order to obtain high-strength fibers, generally, the higher the molecular weight of the raw material polymer constituting the fibers, the better. However, since the raw material polymer is exposed to a high temperature in the melting step, it is unavoidable that the molecular weight decreases to some extent. Generally, the molecular weight of the raw material polymer constituting the fiber after spinning is lower than that of the raw material polymer of the fiber before spinning. Such a decrease in molecular weight becomes more remarkable as the spinning temperature is increased. Therefore, in order to prevent a decrease in molecular weight, it is preferable to perform melt spinning at a temperature as low as possible.
【0003】一方、原料高分子の溶融粘度は一般に分子
量が大きいほど高い。溶融粘度が高いことは、溶融抵抗
による内部発熱を引きおこすのみならず、特にノズル部
でいわゆる“メルトフラクチャー”を起こして破断した
り、表面部がいわゆる“シャークスキン”状態になった
りする結果、高強度繊維が得られない。これを防ぐため
には溶融温度は高い方が好ましい。On the other hand, the melt viscosity of a raw material polymer generally increases as the molecular weight increases. High melt viscosity not only causes internal heat generation due to melting resistance, but also causes so-called “melt fracture” especially at the nozzle, causing breakage, and causing the surface to become a so-called “sharkskin” state. Strength fiber cannot be obtained. To prevent this, the melting temperature is preferably higher.
【0004】このような相反する二つの要件を満たすた
めには、ノズルを太くし、押出圧力を低減することがた
いへんに効果的である。高分子について定量的には成立
しないが、ハーゲン・ポアズイユの法則に従えば、同じ
流量を得るために要する押出圧力は、ノズル直径の4乗
に反比例するからである。しかしながら、ノズル直径が
太く、溶融粘度も高いため、得られる未延伸繊維の直径
はたいへん太いものにならざるを得ない。In order to satisfy these two contradictory requirements, it is very effective to make the nozzle thick and reduce the extrusion pressure. This is not quantitatively established for polymers, but according to Hagen-Poiseuille's law, the extrusion pressure required to obtain the same flow rate is inversely proportional to the fourth power of the nozzle diameter. However, since the nozzle diameter is large and the melt viscosity is high, the diameter of the obtained undrawn fiber must be very large.
【0005】合成繊維の延伸工程における変形形態に
は、配向結晶化を伴うネック延伸と、分子鎖をあまり配
向させずに高倍率まで延伸可能な流動延伸がある。前者
では高分子配向で高結晶性の繊維が得られる。繊維が配
向・結晶化してしまうため延伸工程での総延伸倍率は最
大でも6〜8倍にしか達しない。このため、上記紡糸後
未延伸繊維から得られる延伸繊維も太くならざるを得
ず、用途がおのずから制限されてしまっていた。しか
も、一般に直径が太いほど繊維内部での構造ムラ・応力
集中を起こしやすく、結果として高強度繊維が得られな
かった。これに対し、後者は繊維温度がより高い場合に
観測され、高倍率に延伸しつつも低分子配向の繊維が得
られるため、高強度繊維を製造するための中間工程とし
て好適である。しかるに、従来の延伸法では、高速かつ
連続的に安定した流動延伸状態を得ることは困難であっ
た。[0005] Modifications in the stretching step of the synthetic fiber include neck stretching accompanied by oriented crystallization and flow stretching capable of stretching to a high magnification without causing much orientation of the molecular chains. In the former, a highly crystalline fiber having a high molecular orientation is obtained. Since the fibers are oriented and crystallized, the total stretching ratio in the stretching step reaches at most 6 to 8 times. For this reason, the stretched fiber obtained from the unstretched fiber after spinning must be thickened, and the use is naturally limited. In addition, in general, the larger the diameter, the more likely it is to cause structural unevenness and stress concentration inside the fiber, and as a result, a high-strength fiber could not be obtained. On the other hand, the latter is observed when the fiber temperature is higher, and a fiber having a low molecular orientation can be obtained while being drawn at a high magnification. Therefore, the latter is suitable as an intermediate step for producing a high-strength fiber. However, in the conventional stretching method, it was difficult to obtain a high-speed and continuously stable fluidized stretching state.
【0006】すなわち、延伸工程にある糸条の加熱方法
として主に熱伝達を使用する延伸方法としては、ロール
延伸、ピン延伸のように金属等の表面に糸条を接触させ
て加熱するものと、加熱空気槽もしくは加熱液槽、スチ
ーム等の流体により加熱するものがある。このような従
来の延伸法を用いて前記紡糸後繊維を延伸した場合、均
一かつ急速に糸条を加熱することはできない。このた
め、特に延伸張力が極度に小さくなる流動延伸は著しく
不安定になり、高倍率に延伸しつつも均一かつ低分子配
向である繊維を高速に製造することはできなかった。[0006] That is, as a method of heating the yarn in the drawing step, mainly heat transfer is used, and a method of heating the yarn by bringing the yarn into contact with the surface of a metal or the like, such as roll drawing or pin drawing. Some of them are heated by a fluid such as a heated air tank, a heated liquid tank, or steam. When the fiber after spinning is drawn using such a conventional drawing method, the yarn cannot be heated uniformly and rapidly. For this reason, especially the flow stretching in which the stretching tension becomes extremely small becomes extremely unstable, and it has not been possible to produce fibers having uniform and low molecular orientation at high speed while stretching at a high magnification.
【0007】以上のことは、必ずしも高強度繊維の製造
時に留まらず、一般的な合成繊維製造時にもあてはま
る。すなわち、上記制限によって、ある原料高分子を使
用して製造される合成繊維の最小直径はおのずから制限
されてしまう。従って、従来の延伸工程によって極細繊
維を製造することは困難であった。[0007] The above is not necessarily limited to the production of high-strength fibers, but is also applicable to the production of general synthetic fibers. That is, the above-mentioned limitation naturally limits the minimum diameter of a synthetic fiber produced using a certain raw material polymer. Therefore, it has been difficult to produce ultrafine fibers by the conventional drawing process.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】溶融紡糸された未延伸
繊維から高倍率に延伸された極細繊維を得るためには流
動延伸の実現が不可欠であるところ、熱伝達によって糸
条を加熱する従来の加熱方法においては急速かつ均一な
加熱は不可能であったため、高速かつ安定的な高倍率の
流動延伸は困難であった。バッチ(不連続)延伸や、低
速の延伸工程であれば流動延伸は実現されているが、工
業化し得るほど高速度での均一な流動延伸は不可能であ
った。このため、分子量低下を抑制するために太いノズ
ルから低温で溶融紡糸された未延伸繊維から高倍率に延
伸された高強度繊維を得ることもまた不可能であった。In order to obtain ultra-fine fibers drawn at a high magnification from melt-spun undrawn fibers, the realization of flow drawing is indispensable. Since rapid and uniform heating was not possible in the heating method, it was difficult to perform high-speed and stable high-magnification flow stretching at high speed. In the case of batch (discontinuous) stretching or a low-speed stretching process, flow stretching has been realized, but uniform flow stretching at a high speed was not possible as industrially. For this reason, it has also been impossible to obtain a high-strength fiber drawn at a high magnification from an undrawn fiber melt-spun at a low temperature from a thick nozzle in order to suppress a decrease in molecular weight.
【0009】一方、延伸工程繊維にレーザー光を照射し
て延伸する技術が特公昭60−94619号公報、同6
1−75811号公報、DE3431747号公報等に
開示されているが、これらはいずれも直接高強度・高弾
性率の繊維を得ることを目的としており、該技術によっ
て得られる繊維は延伸後の時点で既に相当に高配向であ
る。該技術により得られる繊維の延伸倍率は最大でも
4.3倍程度であり、所望の極細繊維を得ることを目的
として、レーザー光照射を使用することにより安定な流
動延伸状態を得、これにより極細繊維の前身となる低分
子配向の延伸繊維を得ることについては記載も示唆もさ
れていない。On the other hand, a technique of drawing a fiber by irradiating the fiber with a laser beam in the drawing step is disclosed in Japanese Patent Publication No. 60-94619, Japanese Patent Publication No.
No. 1-75811, DE 3431747 and the like, all of which are aimed at directly obtaining a fiber of high strength and high elastic modulus, and the fiber obtained by the technique is obtained at the time after drawing. It is already quite highly oriented. The draw ratio of the fiber obtained by this technique is at most about 4.3 times, and for the purpose of obtaining a desired ultrafine fiber, a stable flow-stretched state is obtained by using laser light irradiation. There is no description or suggestion about obtaining a low molecular oriented drawn fiber which is the predecessor of the fiber.
【0010】本発明は、極細及び/又は高強度の繊維並
びにその製造方法を提供すべく、特にその中間工程であ
る高倍率に延伸された低分子配向繊維を、分子量低下を
抑制しつつ均一かつ高速に製造する方法を提供すること
を目的とする。The present invention provides an ultra-fine and / or high-strength fiber and a method for producing the same, in particular, a method for producing low-molecular oriented fiber which is drawn at a high magnification, which is an intermediate step, while suppressing a decrease in molecular weight. It is an object of the present invention to provide a high-speed manufacturing method.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決すべく、高倍率に延伸された低分子配向繊維の製
造方法について鋭意検討した結果、繊維に赤外線光束を
照射して延伸することにより、高速かつ均一な流動延伸
状態の実現が可能となることを見出し、本発明を完成す
るに至った。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied a method for producing a low-molecular oriented fiber stretched at a high magnification, and as a result, the fiber was irradiated with an infrared light beam and stretched. As a result, the present inventors have found that it is possible to realize a high-speed and uniform flow stretching state, and have completed the present invention.
【0012】すなわち、上記課題は以下の構成からなる
本発明により達成された。That is, the above object has been achieved by the present invention having the following constitutions.
【0013】(1) 合成繊維糸条を第1引き取りロー
ラーから供給し、第2引き取りローラーで巻き取る工程
と、第1引き取りローラーと第2引き取りローラーとの
間にある合成繊維糸条に赤外線光束を照射して流動延伸
させることにより低分子配向延伸繊維とする工程とを具
備したことを特徴とする低分子配向繊維の製造方法。(1) A step of supplying a synthetic fiber yarn from a first take-up roller and winding it up with a second take-up roller, and applying an infrared ray to the synthetic fiber yarn between the first take-up roller and the second take-up roller. And subjecting the mixture to flow stretching to obtain low molecular orientation oriented fibers.
【0014】(2) 糸条の供給速度が毎秒0.1m以
上100m以下であり、延伸倍率が4倍以上10000
倍以下であることを特徴とする(1)記載の低分子配向
繊維の製造方法。(2) The feed rate of the yarn is 0.1 m or more and 100 m or less per second, and the draw ratio is 4 times or more and 10000 or more.
(1) The method for producing a low-molecular oriented fiber according to (1), which is not more than twice.
【0015】(3) (1)または(2)記載の延伸工
程が複数回にわたって繰り返されることを特徴とする低
分子配向繊維の製造方法。(3) A method for producing a low-molecular oriented fiber, wherein the stretching step according to (1) or (2) is repeated a plurality of times.
【0016】(4) 前記延伸工程が、紡糸口金より溶
融紡糸した糸条を冷却して固化する工程に引き続いてい
ることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項記載
の低分子配向繊維の製造方法。(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the drawing step is followed by a step of cooling and solidifying the yarn melt-spun from the spinneret. A method for producing a molecularly oriented fiber.
【0017】(5) (1)〜(4)のいずれか1項記
載の製造方法により製造された低分子配向繊維。(5) Low molecular oriented fibers produced by the production method according to any one of (1) to (4).
【0018】(6) (1)〜(4)のいずれか1項記
載の製造方法により製造された、複屈折0.03以下の
ポリエステル繊維。(6) A polyester fiber having a birefringence of 0.03 or less, produced by the production method according to any one of (1) to (4).
【0019】(7) (5)又は(6)に記載の繊維を
さらに加工することにより得られる極細繊維。(7) An ultrafine fiber obtained by further processing the fiber according to (5) or (6).
【0020】(8) (5)又は(6)に記載の繊維を
さらに加工することにより得られる高強度繊維。(8) A high-strength fiber obtained by further processing the fiber according to (5) or (6).
【0021】流動延伸は一般的にたいへん不安定である
が、本発明の均一かつ急速な加熱延伸により、高速かつ
安定的な流動延伸が可能となったものであり、該低分子
配向技術を1段、もしくは多段で適用することにより、
分子配向を低く保ったままで繊維直径を小さくすること
ができるため、用途を大きく広げることができる。Although the flow stretching is generally very unstable, the uniform and rapid heating stretching of the present invention has made high-speed and stable flow stretching possible. By applying in multiple stages or multiple stages,
Since the fiber diameter can be reduced while keeping the molecular orientation low, the application can be greatly expanded.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.
【0023】既述のごとく、本発明は延伸工程にある繊
維に赤外線光束を照射して高速かつ安定的な流動延伸を
可能とすることにより、高倍率に延伸されながら低分子
配向の繊維を得ることを最大の特徴とするものであり、
該技術を1段、もしくは多段で適用することにより、分
子配向を低く保ったままで繊維直径を小さくすることが
できる。従って、低温で溶融紡糸された未延伸繊維に本
発明を適用し高速かつ安定的に流動延伸させることは、
分子量低下が小さく、高強度及び/又は極細の合成繊維
を得るために極めて有効な工程であるといえる。As described above, the present invention irradiates a fiber in the drawing step with an infrared ray to enable high-speed and stable flow drawing, thereby obtaining a fiber having a low molecular orientation while being drawn at a high magnification. The biggest feature is that
By applying this technique in one or more stages, the fiber diameter can be reduced while keeping the molecular orientation low. Therefore, applying the present invention to undrawn fibers melt-spun at a low temperature, and performing high-speed and stable flow-drawing,
It can be said that this is an extremely effective process for obtaining a high-strength and / or ultrafine synthetic fiber with a small decrease in molecular weight.
【0024】本発明における合成繊維の原材料に特に制
限はなく、いかなる種類の合成繊維でもよいが、従来の
延伸法では高速で安定的に高倍率まで流動延伸すること
が困難で、高倍率で延伸することにより配向結晶化しネ
ック延伸になってしまう高分子に本発明は特に有効であ
り、かかる観点からポリエステル繊維、ナイロン繊維を
好適に用いることができる。ポリエステル繊維は、エチ
レンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリエ
ステルのほか、ブチレンテレフタレートもしくはトリメ
チレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリ
エステルを溶融紡糸した繊維を使用することができる。
主たる繰り返し単位がエチレンテレフタレートであるポ
リエステルとは、テレフタル酸もしくはそのエステル形
成性誘導体を主たる酸成分とし、エチレングリコールを
主たるアルコール成分とするポリエステルであり、これ
に従来公知の酸性分もしくはアルコール成分を共重合し
たものであってもよい。The raw material of the synthetic fiber in the present invention is not particularly limited, and any type of synthetic fiber may be used. However, it is difficult to stably flow and draw to a high magnification at a high speed by a conventional drawing method. The present invention is particularly effective for a polymer which is oriented and crystallized and neck-stretched, and from such a viewpoint, polyester fibers and nylon fibers can be suitably used. As the polyester fiber, in addition to polyester having ethylene terephthalate as a main repeating unit, a fiber obtained by melt-spinning a polyester having butylene terephthalate or trimethylene terephthalate as a main repeating unit can be used.
The polyester in which the main repeating unit is ethylene terephthalate is a polyester in which terephthalic acid or an ester-forming derivative thereof is used as a main acid component and ethylene glycol is used as a main alcohol component. It may be polymerized.
【0025】酸成分の具体例としては、イソフタル酸、
ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジ
フェニルスルフォンジカルボン酸、味ピン酸、セバシン
酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸等のジカルボ
ン酸類又はそのエステル形成性誘導体、5−ナトリウム
スルホイソフタル酸、2−ナトリウムスルホイソフタル
酸、1,8−ジカルボキシナフタレン−3−スルフォン
酸ナトリウム等の金属スルフォネート基含有ジカルボン
酸類又はそのエステル形成性誘導体、或いはこれら化合
物のカリウム塩、リチウム塩等、およびp−オキシ安息
香酸、p−β−オキシエトキシ安息香酸等のオキシカル
ボン酸類又はそのエステル形成性誘導体などである。ま
た、アルコール成分の具体例としては、プロピレングリ
コール、ブチレングリコール等の低級アルキレングリコ
ール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ネオペン
チルグリコール、1、4−ビス(β−オキシエトキシ)
ベンゼン、ビスフェノールAのビスグリコールエーテル
等を挙げることができる。Specific examples of the acid component include isophthalic acid,
Dicarboxylic acids such as naphthalenedicarboxylic acid, diphenyldicarboxylic acid, diphenylsulfonedicarboxylic acid, taste-pinic acid, sebacic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, and ester-forming derivatives thereof, 5-sodium sulfoisophthalic acid, 2-sodium sulfoisophthalic acid Acid, a metal sulfonate group-containing dicarboxylic acid such as sodium 1,8-dicarboxynaphthalene-3-sulfonate or an ester-forming derivative thereof, or a potassium salt or a lithium salt of these compounds; and p-oxybenzoic acid, p- oxycarboxylic acids such as β-oxyethoxybenzoic acid or ester-forming derivatives thereof. Specific examples of the alcohol component include lower alkylene glycols such as propylene glycol and butylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, neopentyl glycol, and 1,4-bis (β-oxyethoxy).
Examples thereof include benzene and bisglycol ether of bisphenol A.
【0026】さらに、ポリエステルが実質的に線状であ
る範囲で、トリメリット酸、ピロメリット酸等のポリカ
ルボン酸、及びペンタエリスリトール、トリメチロール
プロパン、グリセリン等のポリオール、或いはモノハイ
ドリックポリアルキレンオキシド、フェニル酢酸等の重
合停止剤が含まれていてもよい。また、ナイロン繊維と
しては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610を
主たる繰り返し単位とする高分子を溶融紡糸した繊維を
使用することができる。これらに従来公知の酸成分もし
くはアミン成分を共重合したものであってもよい。Further, as long as the polyester is substantially linear, polycarboxylic acids such as trimellitic acid and pyromellitic acid, and polyols such as pentaerythritol, trimethylolpropane and glycerin, or monohydric polyalkylene oxides And a polymerization terminator such as phenylacetic acid. As the nylon fiber, a fiber obtained by melt-spinning a polymer having nylon 6, nylon 66, and nylon 610 as main repeating units can be used. These may be copolymerized with a conventionally known acid component or amine component.
【0027】図1は、本発明の低分子配向繊維を製造す
る工程の一形態を示す。第1引き取りローラー2から一
定の供給速度vで糸条1を供給し、レーザーを含む赤外
線照射手段4を用いて赤外線光束を糸条1に照射するこ
とにより糸条1を加熱して軟化させ、供給速度vよりも
早い速度Vで第2引き取りローラー3に糸条1を巻き取
ることで延伸する。図3は、本発明の延伸工程における
赤外線照射手段の一例を示す。同図ではレンズ7により
赤外線を焦点8に集光しているが、集光手段には反射鏡
又は光ファイバー等の導波路を用いてもよい。繊維自体
の直径および繊維のぶれ範囲9を考慮し、糸条1の位置
は焦点8から離してある。また、糸条1の位置は焦点8
の後方だが、前方であってもかまわない。遮光板10は
糸条に吸収されなかった赤外線を吸収するために設けて
あり、空冷もしくは水冷されている。材料としては煉瓦
等の耐熱素材、もしくは表面を粗面化し、耐熱塗料を塗
布した金属等が適している。FIG. 1 shows an embodiment of a process for producing the low-molecular oriented fiber of the present invention. The yarn 1 is supplied from the first take-off roller 2 at a constant supply speed v, and the yarn 1 is heated and softened by irradiating the yarn 1 with an infrared light beam using an infrared irradiation means 4 including a laser, Stretching is performed by winding the yarn 1 around the second take-off roller 3 at a speed V higher than the supply speed v. FIG. 3 shows an example of the infrared irradiation means in the stretching step of the present invention. Although the infrared rays are focused on the focal point 8 by the lens 7 in the figure, a waveguide such as a reflecting mirror or an optical fiber may be used as the focusing means. Considering the diameter of the fiber itself and the range 9 of the fiber deviation, the position of the yarn 1 is away from the focal point 8. Further, the position of the thread 1 is the focal point 8
Behind, but it may be forward. The light-shielding plate 10 is provided for absorbing infrared rays not absorbed by the yarn, and is air-cooled or water-cooled. As the material, a heat-resistant material such as a brick or a metal whose surface is roughened and coated with a heat-resistant paint is suitable.
【0028】本発明の流動延伸工程は、紡糸口金より溶
融紡糸した糸条を一旦冷却して固化する工程に引き続い
ていてもよい。図2は、本発明の低分子配向繊維の製造
工程の他の形態を示す。合成繊維の原材料である溶融高
分子を溶融紡糸ノズル5から押出し、一旦ガラス転移温
度以下まで冷却して固化させた糸条1の引き取り速度
を、回転するゴデッドローラー(第1引き取りローラ
ー)2で決定し、速度vで引き取り送り出し、赤外線照
射手段4で糸条1を軟化させ、供給速度vよりも速い速
度Vで第2引き取りローラー3に糸条1を巻き取り延伸
することもできる。The flow drawing step of the present invention may be followed by a step of once cooling and solidifying the yarn melt-spun from the spinneret. FIG. 2 shows another embodiment of the process for producing a low-molecular oriented fiber of the present invention. A molten polymer, which is a raw material of a synthetic fiber, is extruded from a melt spinning nozzle 5, and the take-up speed of the yarn 1, which is once cooled to a glass transition temperature or less and solidified, is adjusted by a rotating Goded roller (first take-up roller) 2. It is also possible to take out and send out at a speed v, soften the yarn 1 by the infrared irradiation means 4, and wind and stretch the yarn 1 around the second take-up roller 3 at a speed V higher than the supply speed v.
【0029】本発明において糸条の供給速度は毎秒0.
1m以上100m以下であることが好適であり、延伸倍
率は4倍以上10000倍以下であることが好適であ
る。本発明によって初めて、糸条供給速度0.1m以上
で延伸倍率4倍以上の安定的な流動延伸が可能になっ
た。In the present invention, the supply speed of the yarn is set at 0.1 / sec.
The length is preferably 1 m or more and 100 m or less, and the stretching ratio is preferably 4 times or more and 10,000 times or less. According to the present invention, for the first time, stable flow stretching at a draw ratio of 4 times or more at a yarn supply speed of 0.1 m or more has become possible.
【0030】なお、本発明において糸条は、単一の繊維
に限らず複数繊維の束でもよい。In the present invention, the yarn is not limited to a single fiber but may be a bundle of a plurality of fibers.
【0031】本発明者等は、加熱手段として赤外線照射
を用いた延伸工程について詳細な検討を重ねた結果、延
伸条件によっては、同じ供給速度・巻き取り速度の組合
せでも、高配向繊維が得られる延伸形態(ネック延伸)
をとる場合と低配向繊維が得られる延伸形態(流動延
伸)をとる場合とがあることを確認し、両者はカタスト
ロフィックに切り替わるものであることを見出した。The present inventors have conducted detailed studies on the stretching step using infrared irradiation as a heating means. As a result, depending on the stretching conditions, highly oriented fibers can be obtained even with the same combination of the feeding speed and the winding speed. Stretching form (neck stretching)
It was confirmed that there was a case where a low orientation fiber was obtained and a case where a low orientation fiber was obtained (flow drawing), and it was found that both were switched to catastrophic.
【0032】図4は糸条の供給速度と延伸倍率による延
伸形態の変化、および安定的な高倍率の流動延伸形態に
するための速度経路の例を示したものである。糸条を急
速に加速して巻き取った場合、延伸倍率4倍以上では基
本的にネック延伸になるが、下記に例示するA経路又は
B経路をとることにより、延伸倍率4倍以上でも安定し
た流動延伸状態を得ることができる。なお、本明細書に
おいて延伸倍率は、巻き取り速度/供給速度により定義
される。FIG. 4 shows an example of a change in the drawing form depending on the supply speed of the yarn and the draw ratio, and an example of a speed path for achieving a stable high-drawing flow drawing form. When the yarn is rapidly accelerated and wound up, neck stretching is basically performed at a stretching ratio of 4 or more, but it is stable even at a stretching ratio of 4 or more by taking the A path or the B path exemplified below. A flow stretching state can be obtained. In this specification, the stretching ratio is defined as winding speed / feeding speed.
【0033】A:流動延伸が安定的に得やすい低倍率か
ら、ネック延伸にならず、また溶断しないように延伸点
温度を適当に維持しながら、高倍率域まで徐々に延伸倍
率を上げていく、B:ネック延伸状態から一旦延伸倍率
を低下させることによって張力を下げて流動延伸状態に
移行させ、再び延伸倍率を上げていく。A: The draw ratio is gradually increased up to the high draw ratio region while maintaining the draw point temperature appropriately so that the neck draw does not occur and the melt drawing does not occur from the low draw ratio at which the flow draw is easily stably obtained. And B: the tension is lowered by temporarily lowering the stretching ratio from the neck stretching state to shift to the flow stretching state, and the stretching ratio is increased again.
【0034】本発明において、糸条の好ましくは走行方
向0.1〜100mmの区間にわたり赤外線光束を照射し
て糸条4を急速に加熱し、繊維温度を好ましくは20〜
300K上昇させて軟化させ、延伸する。繊維温度の上
昇が20K未満では延伸点位置が安定しにくく、一方3
00Kを超えると熱分解が進行するため好ましくない。
また、本発明においては、好ましくは結晶化度の低い未
延伸繊維に関してはガラス転移温度以上、結晶化度の高
い繊維に関しては結晶の融解温度以上に、赤外線照射に
より瞬間的かつ均一に加熱された糸条を流動延伸するこ
とにより、低分子配向繊維を高速に生産することができ
る。In the present invention, the yarn 4 is rapidly heated by irradiating infrared rays over a section of the yarn preferably in the traveling direction of 0.1 to 100 mm, and the fiber temperature is preferably 20 to 100 mm.
Soften by 300K increase and stretch. If the fiber temperature rise is less than 20K, the drawing point position is difficult to stabilize.
If it exceeds 00K, thermal decomposition proceeds, which is not preferable.
In the present invention, preferably, the unstretched fiber having a low degree of crystallinity is heated to the glass transition temperature or higher, and the fiber having a high degree of crystallinity is heated to a temperature higher than the melting temperature of the crystal. By flow-drawing the yarn, low-molecular oriented fibers can be produced at high speed.
【0035】赤外線光束の光源として好ましくは、合成
繊維の糸条が吸収し軟化に資する赤外線波長0.7〜1
00μmを発するもの、具体的には高温の発熱体を利用
した連続スペクトル光源、アーク放電を利用したキセノ
ンランプを含むアーク光源、レーザー発振を利用したコ
ヒーレント光源を用いることができる。レーザーは、光
線の平行性が高いために集光や平行光束の形成が容易で
あること、および大きな出力が得られることから本発明
において適している。レーザーには、気体、固体、半導
体、色素、エキシマー、自由電子を放出源としたものが
使用可能であるが、気体の二酸化炭素を放出源とする発
振波長9〜12μmのもの、Nd3+を微量加えたイット
リウムアルミニウムガーネット(3Y2O3・5Al2
O3)を放出源とする発振波長0.9〜1.2μmのも
のが特に優れている。このうち、二酸化炭素レーザー
は、ポリエステル、ナイロン、ポリエーテルケトン等の
合成繊維材料が強い吸収を示す波長帯であるため、これ
らの材料からなる合成繊維の延伸において特に有効であ
る。発振方式は連続発振が好ましいが、十分に高周波数
であればパルス発振でも差し支えない。例えば糸条の走
行速度が毎秒50mで、照射領域の走行方向への長さが
10mmの場合、100kHz以上の周波数で断続発振
すれば実用上連続発振とみなすことができる。The light source of the infrared light beam is preferably an infrared wavelength of 0.7 to 1 which is absorbed by the yarn of the synthetic fiber and contributes to softening.
A light source emitting 00 μm, specifically, a continuous spectrum light source using a high-temperature heating element, an arc light source including a xenon lamp using arc discharge, and a coherent light source using laser oscillation can be used. A laser is suitable for the present invention because it has a high parallelism of light beams, and consequently it is easy to condense and form a parallel light beam and a large output is obtained. Lasers that use gas, solid, semiconductor, dye, excimer, and free electrons as emission sources can be used. Lasers with an emission wavelength of 9 to 12 μm using gaseous carbon dioxide as an emission source, and trace amounts of Nd 3+ are used. Added yttrium aluminum garnet (3Y 2 O 3 .5Al 2
Oscillation wavelengths of 0.9 to 1.2 μm with O 3 ) as the emission source are particularly excellent. Of these, the carbon dioxide laser is particularly effective in stretching synthetic fibers made of synthetic fibers such as polyester, nylon, and polyetherketone, since these materials have a wavelength band in which strong absorption is exhibited. The oscillation method is preferably continuous oscillation, but pulse oscillation may be used if the frequency is sufficiently high. For example, when the running speed of the yarn is 50 m per second and the length of the irradiation area in the running direction is 10 mm, if the intermittent oscillation is performed at a frequency of 100 kHz or more, it can be regarded as continuous oscillation in practical use.
【0036】糸条が吸収する赤外線のエネルギー量は、
赤外線の波長、および糸条の直径、糸速度、密度、熱容
量、赤外線吸収率に依存する。赤外線照射による温度上
昇を△Tとすると、糸条の走行が定常状態になっている
と仮定できるとき、一般に△T=Q/WCの関係があ
る。ここでQは照射により糸条が単位時間に吸収するエ
ネルギー量、Wは糸条の質量流量、Cは糸条の比熱であ
る。糸条に照射される単位時間あたりの赤外線エネルギ
ーをiとすると、Q=Ki、ただしKは糸条による赤外
線エネルギーの吸収率である。典型的条件として、K=
0.3、糸直径0.1mm、糸速度5m/s、比熱1.
17kJ/kg・K、密度1.32Mg/m3を仮定す
ると、△T=5iになる。すなわち、糸条に1W(ワッ
ト)の赤外線が照射されたとき、糸条の温度は5ケルビ
ンだけ上昇する。従って、例えばこの条件で10mmの
区間内で糸条を、赤外線光束の照射のみによって50ケ
ルビンだけ急加熱するためには、平均強度10MW/m
2の赤外線高速を糸条に照射する必要がある。ここで、
本明細書における赤外線の照射領域とは、糸条に照射さ
れる赤外線光束の強度が、糸条中で最大になる位置での
強度と比較して1/e 2以上である範囲をいう。ただ
し、eは自然対数の低である。The amount of infrared energy absorbed by the yarn is
Infrared wavelength, yarn diameter, yarn speed, density, heat capacity
Quantity, depends on infrared absorption. Above temperature due to infrared irradiation
If the ascent is ΔT, the running of the yarn is in a steady state.
When it can be assumed that, generally, there is a relation of ΔT = Q / WC
You. Here, Q is the energy absorbed by the yarn per unit time by irradiation.
Energy, W is the mass flow rate of the yarn, and C is the specific heat of the yarn.
You. Infrared energy per unit time irradiated on yarn
-Is i, Q = Ki, where K is the infrared ray
Absorption rate of linear energy. As a typical condition, K =
0.3, yarn diameter 0.1 mm, yarn speed 5 m / s, specific heat 1.
17kJ / kg · K, density 1.32Mg / m3Assume
Then, ΔT = 5i. In other words, 1 W (wa
G) When the infrared ray is irradiated, the yarn temperature is
Only rises. Therefore, for example, 10 mm
In the section, 50 yarns were laid only by irradiation of infrared light flux.
To rapidly heat only Rubin, the average intensity is 10 MW / m.
2It is necessary to irradiate the yarn with high-speed infrared rays. here,
In the present specification, the irradiation area of infrared rays refers to the area irradiated to the yarn.
At the position where the intensity of the infrared luminous flux
1 / e compared to strength 2The above range is referred to. However
And e is the natural logarithm low.
【0037】本発明の製造方法によって得られる低分子
配向合成繊維の複屈折は、ポリエステル繊維について
0.03以下である。また、本発明の低分子配向合成繊
維をさらに加工して、極細繊維もしくは高強度繊維を得
ることができる。ここでいう加工とは、従来既知の方法
で行われる延伸・熱処理等の加工を意味する。赤外線光
束を照射して糸条を加熱し、ネック延伸する加工方法を
採用してもよい。The birefringence of low-molecular oriented synthetic fibers obtained by the production method of the present invention is 0.03 or less for polyester fibers. Further, the low-molecular oriented synthetic fiber of the present invention can be further processed to obtain an ultrafine fiber or a high-strength fiber. The processing herein means processing such as stretching and heat treatment performed by a conventionally known method. A processing method in which the yarn is heated by irradiating an infrared light beam and the neck is stretched may be adopted.
【0038】[0038]
【実施例】以下に本発明の実施例を示す。但し本発明は
これら実施例に限定されるものではない。 (実施例1〜3及び比較例1〜3)延伸実験はいずれも
図1の装置を使用し、比較例1に示した直径133μm
の未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維について行っ
た。後掲の表1に示す実施例1〜3は図4に示したA経
路又はB経路によって安定な高倍率流動延伸状態を実現
後、供給速度は一定として巻き取り速度を増加させるこ
とにより作成した試料である。また、比較例2及び3
は、表1に示した延伸条件でネック延伸することにより
得られた試料である。いずれもレーザー光強度は22.
5W、照射直径は4mmである。Examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to these examples. (Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3) All the stretching experiments used the apparatus of FIG.
Of unstretched polyethylene terephthalate fiber. In Examples 1 to 3 shown in Table 1 below, after achieving a stable high-magnification flow stretching state by the A path or the B path shown in FIG. 4, the feeding rate was kept constant and the winding rate was increased. It is a sample. Comparative Examples 2 and 3
Is a sample obtained by neck stretching under the stretching conditions shown in Table 1. In each case, the laser light intensity was 22.
5 W, irradiation diameter 4 mm.
【0039】[0039]
【表1】 [Table 1]
【0040】実施例1〜3は、ネック延伸状態で得られ
た比較例2、3と比べて著しく複屈折が小さいことから
低分子配向であることがわかる。また、実施例1〜3
は、比較例2、3と比べて平均屈折率が小さいことか
ら、結晶化度も小さいことが推定される。かかる結果よ
り、実施例1〜3において得られた繊維は、比較例2及
び3において得られた繊維よりも柔らかく、よく伸びる
繊維である。また、約500%の伸度を持つ比較例1の
未延伸繊維が実施例1〜3に示す結果より6倍程度まで
安定して流動延伸できることから、これら実施例で得ら
れた繊維は、少なくともさらに3倍程度延伸することが
可能である。この場合、総延伸倍率は16〜22倍に達
し、1段のネック延伸で得られる倍率(6倍程度)を大
きく上回ることが確かめられた。Examples 1 to 3 have remarkably small birefringence as compared with Comparative Examples 2 and 3 obtained in a neck stretched state, indicating that they have low molecular orientation. Examples 1 to 3
Since the average refractive index is smaller than that of Comparative Examples 2 and 3, it is estimated that the crystallinity is also small. From these results, the fibers obtained in Examples 1 to 3 are softer and more stretchable than the fibers obtained in Comparative Examples 2 and 3. Further, since the undrawn fiber of Comparative Example 1 having an elongation of about 500% can be flow-drawn stably up to about 6 times the results shown in Examples 1 to 3, the fibers obtained in these examples are at least Further, it can be stretched about three times. In this case, it was confirmed that the total stretching ratio reached 16 to 22 times, and greatly exceeded the ratio (about 6 times) obtained by one-stage neck stretching.
【0041】(実施例4)図4に示したB経路と同等の
操作をした場合の延伸応力変化を測定した。延伸応力の
測定方法としては、東レエンジニアリング社製TTM−
201型張力測定装置により糸条の張力を測定し、供給
繊維の断面積で割ることによって算出した。結果を図5
に示す。(Example 4) The change in stretching stress when the same operation as in the path B shown in FIG. 4 was performed was measured. As a method for measuring the stretching stress, TTM-
The tension of the yarn was measured by a type 201 tension measuring device, and calculated by dividing by the cross-sectional area of the supply fiber. Fig. 5 shows the results.
Shown in
【0042】糸条の供給速度は10m/minで一定と
し、巻き取り速度を変化させることにより、前記測定方
法に基づき延伸応力の変化を測定した。延伸倍率を一旦
4.5倍から4.2倍まで下げることで張力が1桁以上
低下し、ネック延伸から流動延伸に移行していることが
明瞭にわかる。この状態で延伸倍率を上げていくと、延
伸倍率8.1倍までは流動延伸状態が保持され、この点
で急激にネック延伸に移行した後、破断した。The yarn feeding speed was kept constant at 10 m / min, and the change in stretching stress was measured by changing the winding speed based on the above-mentioned measuring method. It can be clearly seen that the tension is reduced by one digit or more by temporarily reducing the stretching ratio from 4.5 times to 4.2 times, and the transition from neck stretching to flow stretching is apparent. When the stretching ratio was increased in this state, the flow stretching state was maintained up to the stretching ratio of 8.1 times, and at this point, the state rapidly changed to neck stretching and then broken.
【0043】[0043]
【発明の効果】本発明により、原料高分子の分子量低下
を抑制しつつ高倍率に延伸された低分子配向繊維を得る
ことができたため、該低分子配向繊維を用いて高強度繊
維もしくは極細繊維を高速かつ安価に製造することが可
能となった。According to the present invention, a low-molecular oriented fiber drawn at a high magnification while suppressing a decrease in the molecular weight of the raw material polymer can be obtained. Can be manufactured at high speed and at low cost.
【図1】 本発明の低分子配向繊維の製造工程の一形態
を示す概略図。FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a process for producing a low-molecular oriented fiber of the present invention.
【図2】 本発明の低分子配向繊維の製造工程の異なる
形態を示す概略図。FIG. 2 is a schematic view showing a different form of the production process of the low-molecular oriented fiber of the present invention.
【図3】 本発明の低分子配向繊維の製造工程のさらに
異なる形態を示す概略図。FIG. 3 is a schematic view showing still another embodiment of the production process of the low-molecular oriented fiber of the present invention.
【図4】 糸条の供給速度と延伸倍率による延伸形態変
化、および高倍率流動延伸形態にするための速度経路の
例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a change in drawing form depending on a supply speed of a yarn and a draw ratio, and a speed path for achieving a high-magnification flow drawing form.
【図5】 延伸工程において図4中のB経路と同等の操
作をした場合の延伸応力変化を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a change in stretching stress when an operation equivalent to the path B in FIG. 4 is performed in a stretching step.
1…糸条、2…第1引取りローラー、3…第2引き取り
ローラー、4…赤外線照射手段、5…溶融紡糸ノズル、
6…赤外線源、7…レンズ、8…焦点、9…糸条のぶれ
範囲、10…遮光板DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... yarn, 2 ... 1st take-up roller, 3 ... 2nd take-up roller, 4 ... infrared irradiation means, 5 ... melt spinning nozzle,
6 ... Infrared ray source, 7 ... Lens, 8 ... Focus, 9 ... Yarn blurring range, 10 ... Light shield plate
Claims (8)
ら供給し、第2引き取りローラーで巻き取る工程と、第
1引き取りローラーと第2引き取りローラーとの間にあ
る合成繊維糸条に赤外線光束を照射して流動延伸させる
ことにより低分子配向延伸繊維とする工程とを具備した
ことを特徴とする低分子配向繊維の製造方法。1. A step of supplying a synthetic fiber yarn from a first take-up roller and winding the synthetic fiber yarn with a second take-up roller, and applying an infrared light beam to the synthetic fiber yarn between the first take-up roller and the second take-up roller. Irradiating and flowing and drawing into low-molecular-weight oriented fibers.
0m以下であり、延伸倍率が4倍以上10000倍以下
であることを特徴とする請求項1記載の低分子配向繊維
の製造方法。2. The yarn feeding speed is from 0.1 m / s to 10 m / s.
The method for producing a low-molecular oriented fiber according to claim 1, wherein the stretch ratio is 4 to 10,000 times.
回にわたって繰り返されることを特徴とする低分子配向
繊維の製造方法.3. A method for producing a low molecular oriented fiber, wherein the drawing step according to claim 1 or 2 is repeated a plurality of times.
した糸条を冷却して固化する工程に引き続いていること
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の低分子
配向繊維の製造方法。4. The low molecular oriented fiber according to claim 1, wherein the drawing step is followed by a step of cooling and solidifying the yarn melt-spun from the spinneret. Manufacturing method.
方法により製造された低分子配向繊維。5. A low-molecular oriented fiber produced by the production method according to claim 1.
方法により製造された、複屈折0.03以下のポリエス
テル繊維。6. A polyester fiber having a birefringence of 0.03 or less, produced by the production method according to claim 1. Description:
工することにより得られる極細繊維。7. An ultrafine fiber obtained by further processing the fiber according to claim 5 or 6.
工することにより得られる高強度繊維。8. A high-strength fiber obtained by further processing the fiber according to claim 5.
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