JP2013542336A - ポリエステル繊維およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は船舶の停泊や係留、曳航などに使用される高強力高伸び率のポリエステル繊維に関するものである。特に、本発明は常温で測定された最大荷重の１０％変形での弾性回復率が７０％以上であり、前記最大荷重の２０％変形での弾性回復率が５０％以上であり、前記最大荷重の３０％変形での弾性回復率が４０％以上であるポリエステル繊維およびその製造方法、これを含むポリエステル繊維ロープに関するものである。
本発明のポリエステル繊維は高強力、高伸び率、高弾性回復率のフィラメントを含んで、十分な強伸度を有し優れた機械的物性を確保することによって、海洋が荒くなり、船舶などがひどくローリングするなどの外部環境変化でも糸切断を最少化して衝撃吸収性能を顕著に向上させ、優れたロープ寿命と共に十分な安全性を確保できる繊維ロープを製造することができる。

Description

本発明は船舶の停泊や係留、曳航などに使用されるロープ用高強力ポリエステル繊維およびその製造方法に関するものである。より詳しくは、本発明は優れた機械的物性および耐摩耗性、低水分吸収率、耐光性、衝撃吸収性能などを有する高弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ）のポリエステル繊維およびその製造方法に関するものである。

船舶の停泊や係留、曳航などに使用される海洋用ロープまたは各種の建設現場などで使用される産業資材用ロープは高強力の優れた機械的物性を確保する方向に開発されてきた。

特に、多くの船舶分野では高強力と優れた耐疲労性などを確保できるためワイヤロープ（Ｗｉｒｅ Ｒｏｐｅ）を多く使用し、合成繊維ロープを使用する場合にも高性能のナイロン繊維やポリオレフィン繊維からなる繊維ロープが主に使用された。しかし、ワイヤロープ（Ｗｉｒｅ Ｒｏｐｅ）の場合には水による腐食が発生し、波や潮の満ち干の差による船舶の動きを押さえるには過度に強直なため船舶に損傷を与える可能性が大きく、ロープ自体の重量によって作業が難しい問題がある。従来のナイロン繊維ロープなどは紫外線（ＵＶ）に対する強力低下率が激しくて、長時間使用時にロープの強力（ｔｅｎａｃｉｔｙ）が顕著に落ちて船舶を押さえる能力を喪失するので、随時取り替えなければならない問題を招くこともある。また、ナイロン繊維ロープなどは高い水分吸収率によって船舶係留用や停泊用などに使用時作業が容易でなく、冬場には吸湿された状態でロープが凍るため人身事故を招く問題が発生することもある。

一方、ポリエチレンテレフタレート（以下、“ＰＥＴ”という）に代表されるポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）は機械的強度、耐薬品性などが優れているため、繊維、フィルムまたは樹脂用途などに広範囲に使用されている。例えば、繊維の場合には衣類用途だけでなく、例えば、タイヤコード（ｔｉｒｅ ｃｏｒｄ）、ベルト（ｂｅｌｔ）、ホース（ｈｏｓｅ）、ロープ（ｒｏｐｅ）などの多様な産業資材用途にも幅広く使用されている。しかし、既存のポリエステル繊維の場合には高モジュラスの低切断伸度特性を示すことによって、船舶係留時海洋の変化によって船舶の動きによる変形に十分な対応をせずに糸切断などが発生する問題点があった。

したがって、船舶の停泊や係留、曳航などに使用される海洋用ロープまたは産業資材用ロープとして使用時、外部環境変化による衝撃吸収性能を顕著に向上させ、優れた機械的物性および作業性能を付与できる高性能の合成繊維開発に対する研究が必要である。

本発明は海洋用ロープまたは産業資材用ロープに使用できるように高強力、高伸び率、高弾性回復率の特性を示し、優れた機械的物性および耐摩耗性、低水分吸収率、耐光性、衝撃吸収性能などを有するポリエステル繊維を提供しようとする。

本発明はまた、前記ポリエステル繊維を製造する方法を提供しようとする。

本発明はまた、前記ポリエステル繊維を含む繊維ロープを提供しようとする。

本発明は、常温で測定された最大荷重の１０％変形での弾性回復率が７０％以上であり、前記最大荷重の２０％変形での弾性回復率が５０％以上であり、前記最大荷重の３０％変形での弾性回復率が４０％以上であるポリエステル繊維を提供する。

本発明はまた、固有粘度が１．２ｄｌ／ｇ以上であるポリエステル重合体を２７０乃至３１０℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造する段階、および前記ポリエステル未延伸糸を延伸する段階を含む前記ポリエステル繊維の製造方法を提供する。

本発明はまた、前記ポリエステル繊維を含むポリエステル繊維ロープを提供する。

以下、発明の具体的な具現例による海洋用または産業資材用ロープに用いることができるポリエステル繊維およびその製造方法、これを含む繊維ロープについてより詳しく説明する。ただし、これは発明の一つの例示として提示されるものであって、これによって発明の権利範囲が限定されず、発明の権利範囲内で具現例に対する多様な変形が可能であるのは当業者に自明である。

追加的に、本明細書全体で特別な言及がない限り“含む”または“含有”とは、ある構成要素（または構成成分）を特別な制限なく含むことを言い、他の構成要素（または構成成分）の付加を除くと解釈されない。

本発明で‘ポリエステル繊維’とは、通常ジオール化合物とテレフタル酸などのジカルボン酸と反応させてエステル化させた繊維状ポリマーを称するものである。前記ポリエステル繊維は本発明の‘海洋用または産業資材用ロープ’を製造するための基本的な繊維組成に該当する。ポリエステルは特に、湿気に優れた耐性を有していて、海洋用ワイヤロープを代替する繊維ロープの製造にさらに好ましい。

本発明でポリエステル繊維としては、通常使用される全てのポリエステル繊維を用いることができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）などのポリアルキレンテレフタレート、またはこれを主な構成成分とするコポリエステルなどを使用することができる。特に、ポリエチレンテレフタレートが強度および伸度などの物性側面で海洋用ロープとして使用するに一層好ましい。

ただし、ポリエステルはナイロンに比べて重合効率が落ち、熱と水分による加水分解が激しくて、原糸として製造時多くの分子鎖の分解が発生して高分子量の分子鎖確保が難しい。そのため、短い分子鎖で高強力を発現するためには紡糸時高延伸を付与するようになり、それによって高強力、低伸度、高モジュラスの物性を有するようになる。このように既存のポリエステルは短い分子鎖を有することによって高弾性回復率を確保するのが難しかった。反面、ナイロンは長い分子鎖を有することによって低モジュラスに高強力、高伸び率、高弾性回復率の物性を発現することができる。このように既存のポリエステル繊維のように弾性回復率が低い原糸でロープを作って船舶を係留すれば、海洋が荒くなったりする外部の環境の反復的な変形に対して、ロープの弾性回復率によって糸切断および外部衝撃に対する緩衝役割を果たすことができず外部環境衝撃が船舶に直ちに伝達されて、船舶破損を誘発することもある。

これにより、本発明はポリエステル繊維の物性、特に、反復的な変形からの優れた回復率を示すことができるように原糸の弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ）の高い水準に最適化することによって、ロープとして製作時、外部環境変化による十分な強力と伸び率を付与し、長時間の衝撃吸収性能を維持することができる海洋用または産業資材用繊維ロープの製造に効果的に適用できる。

特に、本発明者の実験結果、所定の特性を有するポリエステル繊維を用いて海洋用または産業資材用繊維ロープなどを製造することによって、優れた機械的物性と共に、より向上した低水分吸収率および耐光性などを確保することができるのが明らかになった。

ここに発明の一実施形態によって、本発明は所定の特性を有するポリエステル繊維が提供される。前記ポリエステル繊維は常温で測定された最大荷重の１０％変形での弾性回復率が７０％以上であり、前記最大荷重の２０％変形での弾性回復率が５０％以上であり、前記最大荷重の３０％変形での弾性回復率が４０％以上であり得る。

このようなポリエステル繊維はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分として含むのが好ましい。この時、前記ＰＥＴはその製造段階でのいろいろな添加剤を添加することができるものであって、ポリエステル繊維ロープとして製造時に優れた機械的物性を確保するためには少なくとも７０モル％以上、さらに好ましくは９０モル％以上を含むことができる。以下で、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）という用語は特別な説明なくポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）高分子が７０モル％以上である場合を意味する。

前記発明の一実施形態によるポリエステル繊維は後述の溶融紡糸および延伸条件下で製造され、常温で反復変形による弾性回復率が既存のポリエステル原糸に比べて非常に優れた特性を示す。

既存のポリエステルは一般に短い分子鎖によって低弾性回復率の特性を示し、繊維ロープとして製造時、長時間の衝撃吸収性能および耐摩耗性などが顕著に落ちる。しかし、調節された溶融紡糸および延伸工程によって得られた前記ポリエステル繊維は高弾性回復率特性を示し、これによる繊維ロープの衝撃吸収性能を向上させ、ロープの寿命を延ばすことができる。また、本発明のポリエステル繊維はこのような高い弾性回復率と共に延伸が最少化された特徴を有する。このような高い弾性回復率特性によって、前記ポリエステル繊維は低弾性回復率、高モジュラス、低伸度繊維を含む繊維ロープで低い耐摩耗性および衝撃吸収性能低下問題などを解決し、優れた機械的物性と共に、より向上した衝撃吸収性能およびロープの寿命を延ばすことができた。つまり、前記ポリエステル繊維は常温で測定された最大荷重の１０％変形での弾性回復率が７０％以上、好ましくは７５％以上、さらに好ましくは８０％以上になることができる。また、前記ポリエステル繊維は前記最大荷重の２０％変形での弾性回復率が５０％以上、好ましくは５２％以上、さらに好ましくは５４％以上になることができる。前記ポリエステル繊維は前記最大荷重の３０％変形での弾性回復率が４０％以上、好ましくは４１％以上、さらに好ましくは４２％以上であり得る。このような高い弾性回復率特性によって、前記ポリエステル繊維は既存の高モジュラス、低伸度繊維を含む繊維ロープで低い耐摩耗性および衝撃吸収性能低下問題などを解決し、優れた機械的物性と共に、より向上した衝撃吸収性能およびロープの寿命を延ばすことができた。

この時、前記ポリエステル繊維の弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ）は、引張試験時に得られる応力−変形度グラフで、下記計算式１に示したように全体仕事（Ｔｏｔａｌ Ｗｏｒｋ）に対する回復仕事（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ）の百分率値（％）であり得る。

［計算式１］
原糸の弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ）＝｛（回復仕事面積）／（全体仕事面積）｝×１００
ここで、全体仕事（Ｔｏｔａｌ Ｗｏｒｋ）は図２に示されているように、米国材料試験協会規格ＡＳＴＭ Ｄ ２２５６の方法で常温で原糸の強伸度曲線を測定して、その強伸度曲線の面積に該当する値である。また、回復仕事（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ）は図２に示されているように、最大荷重の１０％、２０％、３０％に該当するだけ引いてから離すことを１０回反復後、強伸度曲線を測定してその強伸度曲線の面積に該当する値である。船舶の停泊や係留などに使用される海洋用ロープで、繊維の弾性回復率が既存のポリエステル繊維のように低い場合には、船舶係留時に海洋の変化によって船舶の動きによる変形に対して十分に対応できないだけでなく、一定期間使用後には弾性回復率を失って、船舶係留時に船舶を押さえる能力を喪失する。

特に、本発明のポリエステル繊維は、船舶の停泊や係留、曳航などに使用される海洋用ロープまたは各種の建設現場などで使用される産業資材用ロープなどとして用いることができるように、反復的な変形にもロープの初期設計された物性を維持し、変形による衝撃を吸収することができるように弾性回復率（Ｗｏｒｋ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を最適化したことを特徴とする。このような側面で、前記ポリエステル繊維は常温で測定した最大荷重、即ち、常温で測定した強伸度曲線で最高引張強度の１０％、２０％、３０％に該当するだけ変形を与えた時、弾性回復率がそれぞれ７０％以上、５０％以上、４０％以上になることができる。このように繊維の変形を３０％まで与える理由はロープ設計および船舶係留などに適用時、最大変形程度を勘案した条件であり、造船業界では実際海で船舶が係留時に最も多く接することができる外部環境による変形は最高荷重の１０％以内水準であるため、最高荷重の１０％変形時の弾性回復率がさらに重要な事項であると知られている。より具体的な一例としては、船を係留させる時、つまり、船を繋ぐロープを設計する時、潮の満ち干の差によって船が動く時に押さえる力は最大荷重の１０％以内のみ使用され、台風による風浪で船が動く時に押さえる力はロープの３０％で押さえるものに設計することができる。

また、前記ポリエステル繊維は以前に知られたポリエステル繊維に比べてより向上した固有粘度、即ち、０．８ｄｌ／ｇ以上または０．８ｄｌ／ｇ乃至１．２ｄｌ／ｇ、好ましくは０．８５ｄｌ／ｇ以上または０．８５ｄｌ／ｇ乃至１．１５ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは０．９０ｄｌ／ｇ以上または０．９０ｄｌ／ｇ乃至１．１０ｄｌ／ｇの固有粘度を示すことができる。前記固有粘度は、ポリエステル繊維を用いてロープ製造時、高い機械的物性を発現し優れた耐摩耗性を有するために、このような範囲で確保されるのが好ましい。

前記原糸の固有粘度は、０．８ｄｌ／ｇ以上になってこそ低延伸で高強力を発揮し、海洋用または産業資材用繊維ロープとしての要求強力を満足させることができて好ましく、そうでない場合は高延伸で物性を発現するしかないことがある。このように低延伸を適用して長い分子鎖を確保することによって、分子鎖間もつれおよび無秩序度を増加させて外部変形による分子鎖間のすべりを防止することができる。そうでない場合、即ち、短い分子鎖を確保した場合、外部変形によって分子鎖間のすべりが発生して形態変形が起こり、それによるロープの機械的、物理的性質が変化し、特に弾性が落ちて外部変形に対する緩衝役割を果たすことができなくなる。したがって、前記原糸の固有粘度を０．８ｄｌ／ｇ以上に維持して、低延伸を適用して高強力物性を発現することが好ましい。また、前記ポリエステル繊維の固有粘度が１．２ｄｌ／ｇを超える場合に延伸工程で延伸張力が上昇して工程上問題を発生させることもあるので、１．２ｄｌ／ｇ以下がさらに好ましい。特に、本発明のポリエステル繊維はこのように高い程度の固有粘度を維持することによって、船舶の停泊や係留、曳航などに効果的に使用されるのに十分な高強力特性を確保することができると同時に、外部環境変化による船舶のローリングなどに対してより向上した衝撃吸収特性をさらに付与することができる。

したがって、このような高弾性回復率および高い伸び率、好ましくは高い固有粘度を示すポリエステル繊維を用いて、優れた機械的物性および耐摩耗性、衝撃吸収効果を同時に示す海洋用または産業資材用繊維ロープを製造することが可能になる。したがって、前記ポリエステル繊維を用いれば、海洋用または産業資材用繊維ロープとして適用時、水分吸収率および紫外線などに対する強力低下を顕著に低めて優れた機械的物性および強力維持率を確保することができる。これと同時に、本発明のポリエステル繊維は潮流循環や大気循環などの外部変化による船舶や支持体のローリングなどに対する繊維ロープの衝撃吸収性能を向上させて、糸切断などの発生を顕著に減少させることができる。

一方、前記発明の一実施形態によるポリエステル繊維は引張強度が８．０ｇ／ｄ以上または８．３ｇ／ｄ乃至１１．０ｇ／ｄ、好ましくは８．５ｇ／ｄ以上または８．５ｇ／ｄ乃至１０．０ｇ／ｄを示すことができる。また、前記ポリエステル繊維は切断伸度が１５％以上または１５％乃至３０％、好ましくは１６％以上または１６％乃至２８％を示すことができる。前記ポリエステル繊維は乾熱収縮率が７％以下または１．５％乃至７％を示すことができる。前記乾熱収縮率は１７７℃で２分間０．０１ｇ／ｄの固定荷重を付加する条件下で測定した値を基準にする。

既に前述したように、固有粘度および初期モジュラス、伸び率などを最適範囲に確保することによって、本発明のポリエステル繊維は優れた程度に強度および物性を確保することができるだけでなく、繊維ロープとして製造時、耐摩耗性およびＵＶ強力維持率などで優れた性能を発揮することができる。

前記ポリエステル繊維は、単糸繊度が２１ＤＰＦ以下または３乃至２１ＤＰＦ、好ましくは２０ＤＰＦ以下または４乃至２０ＤＰＦであり得る。前記ポリエステル繊維が海洋用ロープまたは産業資材用ロープなどに効果的に使用されるためには生産性側面で太繊度で生産しなければならず、物性発現のためには繊度が低いほど良いので適用可能なポリエステル繊維の総繊度は９００デニール以上または９００乃至４，５００デニール、好ましくは１，０００デニール以上または１，０００乃至４，０００デニールであり得る。前記原糸のフィラメント数は多いほどソフトな触感を与えることができるが、多すぎる場合には紡糸性が良くなく耐摩耗性が良くないので、フィラメント数は１１０乃至５５０、好ましくは１２０乃至５５０であり得る。

また、前記ポリエステル繊維は紡糸時に糸損傷を防止し、原糸の耐摩擦性を向上させ、強力低下を最少化することができるように必要によって追加的に添加剤を含むことができる。特に、前記ポリエステル繊維、即ち、ポリエステル原糸はＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＢａＳＯ_４などからなる群より選択された１種以上の無機添加剤を含むことができる。この時、前記無機添加剤は前記ポリエステル繊維、即ち、ポリエステル原糸に対して１００乃至１，５００ｐｐｍ、好ましくは２００〜１，２００ｐｐｍの含量で含むことができる。前記無機添加剤は紡糸性側面で１００ｐｐｍ以上、好ましくは２００ｐｐｍで含むことができ、優れた強力発現側面で１，５００ｐｐｍ以下、好ましくは１，２００ｐｐｍ以下で含むことができる。

一方、前述のような発明の一実施形態によるポリエステル繊維はポリエステル重合体を溶融紡糸して未延伸糸を製造し、前記未延伸糸を延伸する方法で製造することができ、前記のように、これら各段階の具体的条件や進行方法がポリエステル繊維の物性に直接／間接的に反映されて、前述の物性を有するポリエステル繊維を製造することができる。

特に、前記のような工程最適化を通じて反復変形による弾性回復率が既存のポリエステル原糸に比べて非常に優れた特性、即ち、常温で測定された最大荷重の１０％変形での弾性回復率が７０％以上であり、前記最大荷重の２０％変形での弾性回復率が５０％以上であり、前記最大荷重の３０％変形での弾性回復率が４０％以上であるポリエステル繊維を確保できることが明らかになった。したがって、このようなポリエステル繊維は、高い弾性回復率と高強力、高伸び率範囲を同時に示して、優れた機械的物性および耐摩耗性、衝撃吸収性能を有する海洋用ロープまたは産業資材用ロープに好ましく適用することができる。

以下、このようなポリエステル繊維の製造方法を各段階別に、より具体的に説明する。

前記ポリエステル繊維の製造方法は、固有粘度が１．２ｄｌ／ｇ以上であるポリエステル重合体を２７０℃乃至３１０℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造する段階、および前記ポリエステル未延伸糸を延伸する段階を含む。

まず、添付した図面を参考として、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の溶融紡糸および延伸工程の実施形態を簡略に説明することができる。

図１は本発明の一実施形態によって、前記溶融紡糸および延伸段階を含むポリエステル繊維製造工程を模式的に示す工程図である。図１のように本発明のロープ用ポリエステル繊維の製造方式は前述のような方式で製造されたポリエステルチップを溶融させて、口金を通じて紡糸された溶融高分子を急冷空気（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ−ａｉｒ）で冷却させ、油剤ロール１２０（またはオイル−ジェット）を用いて未延伸糸に油剤を付与し、前−集束機（ｐｒｅ-ｉｎｔｅｒｌａｃｅｒ）１３０を使用して一定の空気圧力で未延伸糸に付与された油剤を原糸の表面に均一に分散させることができる。その後、多段の延伸装置１４１〜１４６を通じて延伸過程を経た後、最終的にセカンド集束機（２^ｎｄ Ｉｎｔｅｒｌａｃｅｒ）１５０で一定の圧力で原糸をインターミングル（ｉｎｔｅｒｍｉｎｇｌｅ）し、巻取機１６０で巻き取って、原糸を生産することができる。

本発明の製造方法は、まず、ポリエチレンテレフタレートを含む高粘度の重合体を溶融紡糸して、ポリエステル未延伸糸を製造する。

この時、低い初期モジュラスおよび高い伸び率範囲を充足するポリエステル未延伸糸を得るためには、前記溶融紡糸工程はポリエステル重合体の熱分解を最少化することができるように低い温度範囲で遂行するのが好ましい。特に、高粘度のポリエステル重合体の固有粘度およびＣＥＧ含量などに対して工程による物性低下を最少化することができるように、つまり、ポリエステル重合体の高い固有粘度および低いＣＥＧ含量を維持することができるように低温紡糸、例えば、２７０乃至３１０℃、好ましくは２８０乃至３０５℃、さらに好ましくは２８２乃至２９８℃の温度で遂行することができる。ここで、紡糸温度とは射出機（Ｅｘｔｒｕｄｅｒ）温度を言い、前記溶融紡糸工程を３１０℃を超過して遂行する場合にはポリエステル重合体の熱分解が多量に発生して、固有粘度の低下によって分子量減少およびＣＥＧ含量増加が大きくなることがあり、原糸の表面損傷によって全般的な物性低下を招くことがあって好ましくない。これに反し、前記溶融紡糸工程を２７０℃未満で行う場合にはポリエステル重合体の溶融が難しいこともあり、Ｎ／Ｚ表面冷却によって紡糸性が落ちることもあって、前記温度範囲内で溶融紡糸工程を遂行することが好ましい。

前記ポリエステル重合体はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主成分として含むのが好ましい。この時、前記ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）はその製造段階で色々な添加剤を添加することができ、繊維ロープとして製造時に優れた機械的物性を確保するためには少なくとも７０モル％以上、さらに好ましくは９０モル％以上を含むことができる。

また、前記ポリエステル重合体は必要によってＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＢａＳＯ_４などからなる群より選択された１種以上の無機添加剤を追加的に含むことができる。この時、前記無機添加剤は前記ポリエステル重合体に対して１００乃至１，２００ｐｐｍ、好ましくは２００乃至１，０００ｐｐｍの含量で含むことができる。前記無機添加剤は紡糸性側面で１００ｐｐｍ以上、好ましくは２００ｐｐｍで含むことができ、優れた強力発現側面で１，５００ｐｐｍ以下、好ましくは１，２００ｐｐｍ以下で含むことができる。

実験結果、このような低い温度範囲でＰＥＴの溶融紡糸工程を行うことにより、ポリエステル重合体の分解反応を最少化して高い固有粘度を維持し高い分子量を確保することによって、後続する延伸工程で高い延伸比率を適用しなくても高強力の原糸を得ることができ、このように低延伸工程を遂行できることにより、モジュラスを効果的に低めることができて、上述の物性を充足するポリエステル繊維を得ることができるのが明らかになった。

また、前記溶融紡糸工程は、ポリエステル重合体分解反応を最少化する側面で、より低い紡糸張力下で行うことができるように、つまり、紡糸張力を最少化することができるように、例えば、前記ポリエステル重合体を溶融紡糸する速度を３００乃至１，０００ｍ／ｍｉｎの低速に調節することができ、好ましくは３５０乃至７００ｍ／ｍｉｎに調節することができる。このように選択的に低い紡糸張力および低い紡糸速度下でポリエステル重合体の溶融紡糸工程を行うことによって、ポリエステル重合体の分解反応をさらに最少化することができる。

一方、このような溶融紡糸工程を経て得られた未延伸糸は０．８ｄｌ／ｇ以上または０．８ｄｌ／ｇ乃至１．２ｄｌ／ｇ、好ましくは０．８５ｄｌ／ｇ以上または０．８５ｄｌ／ｇ乃至１．２ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは０．９ｄｌ／ｇ以上または０．９ｄｌ／ｇ乃至１．２ｄｌ／ｇの固有粘度を示すことができる。

特に、前述のように、高強力低モジュラスのポリエステル繊維を製造するためには、未延伸糸製造工程で高粘度ポリエステル重合体、例えば、固有粘度１．２ｄｌ／ｇ以上ポリエステル重合体を使用することが好ましい。このように高粘度ポリエステル重合体を使用して、溶融紡糸および延伸工程によってこのような高粘度範囲を最大限維持し低延伸で高強力を発揮できて、モジュラスを効果的に低めることが好ましい。ただし、前記ポリエステル重合体の溶融温度上昇による分子鎖切断と紡糸パックでの吐出量による圧力増加を防止するためには、固有粘度が２．０ｄｌ／ｇ以下であることがさらに好ましい。

そして、前記ＰＥＴチップはポリエステルの単糸繊度が２１ＤＰＦ以下または３乃至２１ＤＰＦ、好ましくは２０ＤＰＦ以下または４乃至２０ＤＰＦ範囲になるように考案された口金を通じて紡糸されるのが好ましい。つまり、紡糸中糸切れの発生および冷却時互いの間の干渉によって糸切れが発生する可能性を低めるためには、前記繊維の単糸繊度が４．０ＤＰＦ以上になるようにすることが好ましく、冷却効率を高めるためには、繊維の単糸繊度が２０ＤＰＦ以下になるようにすることがさらに好ましい。

また、前記ＰＥＴを溶融紡糸した後には冷却工程を付加して前記ＰＥＴ未延伸糸を製造することができる。このような冷却工程は１５乃至６０℃の冷却風を加える方法で行うのが好ましい。この時、それぞれの冷却風温度条件において、冷却風量を０．４乃至１．５ｍ／ｓに調節することが好ましい。これによって、発明の一実施形態による諸般物性を示すＰＥＴ未延伸糸をより容易に製造することができる。

一方、このような紡糸段階を通じてポリエステル未延伸糸を製造した後には、このような未延伸糸を延伸して、延伸糸を製造する。この時、前記延伸工程は５．０乃至６．５、好ましくは５．０乃至６．２の総延伸比条件下で遂行することができる。前記ポリエステル未延伸糸は溶融紡糸工程を最適化して、高い固有粘度と低い初期モジュラスを維持する状態である。したがって、６．５を超えて高い延伸比条件下で前記延伸工程を行えば、過延伸水準になって前記延伸糸に糸切れまたは毛羽などが発生することがあり、高い繊維の配向度によって低伸び率高モジュラスの原糸が製造されることがある。特に、このように高い延伸比条件下で原糸の伸び率が低下しモジュラスが増加する場合、繊維ロープとして適用時に耐摩耗性および強力維持率などが良くないこともある。反面、比較的低い延伸比下で延伸工程を行えば、繊維配向度が低くて、これから製造されたポリエステル繊維の強度が一部低くなることがある。ただし、物性側面で５．０以上の延伸比下で延伸工程を行えば、例えば、海洋用または産業資材用繊維ロープなどに適用されるのに適した高強力低モジュラスのポリエステル繊維の製造が可能なので、前記延伸工程は５．０乃至６．５の延伸比条件下で行うのが好ましい。

本発明の他の適切な実施形態によれば、直接紡糸延伸工程で高強度および低収縮の性質を同時に満足させながら、低いモジュラスのポリエステル繊維を製造するために高粘度のポリエチレンテレフタレート重合チップを用いて溶融紡糸した後、ワインダーに巻取りするまで多段ゴデットローラを経て、延伸、熱固定、弛緩、巻取りする工程を含むことができる。

前記延伸工程は、前記未延伸糸をオイルピックアップ量０．２％乃至２．０％の条件下でゴデットローラを通過させた後に遂行することができる。

前記弛緩過程で弛緩率は１％乃至１４％が好ましい。前記弛緩率が１％未満である場合には収縮率の発現が難しく、高い延伸比条件下と同様に高い繊維配向度形成により高伸び率低モジュラス繊維製造が難しくなることがある。前記弛緩率が１４％を超える場合にはゴデットローラ上で糸振れが激しくなって、作業性を確保することができない。

また、前記延伸工程では前記未延伸糸をほぼ１７０乃至２５０℃の温度下で熱処理する熱固定工程を追加的に遂行することができる。この時、熱固定工程は、好ましくは前記延伸工程の適切な進行のために１７５乃至２４０℃、さらに好ましくは１８０乃至２４５℃の温度で熱処理することができる。ここで、温度が１７０℃未満である場合には熱的効果が十分でなくて弛緩効率が落ち収縮率達成が難しいこともある。これに反し、温度が２５０℃を超える場合には熱分解による原糸強度低下およびローラ上のタール発生が増加して、作業性が低下することもある。

この時、巻取り速度は２，０００乃至４，０００ｍ／ｍｉｎ、好ましくは２，５００乃至３，７００ｍ／ｍｉｎで遂行することができる。

一方、本発明のポリエステル繊維は、高強力、高伸び率、高弾性回復率の特性を示すことによって、船舶の停泊や係留、曳航などに使用される海洋用ロープまたは各種の建設現場などで使用される産業資材用ロープなどで色々な用途の産業用資材に適するように使用することができる。

特に、本発明のポリエステル繊維は合糸および撚糸などの工程を経て、海洋用または産業資材用ポリエステル繊維ロープを製造することができる。前記繊維ロープは合糸および撚糸などの工程を一つの同一な装置を用いて製造することができる。

本発明のポリエステル繊維で製造された繊維ロープは、ロープの単位直径（ｍｍ）当り切断強力が０．６７ｔｏｎ／ｍｍ以上または０．６７〜１．２ｔｏｎ／ｍｍ、好ましくは０．６９ｔｏｎ／ｍｍ以上、さらに好ましくは０．７２ｔｏｎ／ｍｍ以上になることができる。切断伸び率が１８％以上または１８％乃至４５％、好ましくは２０％以上、さらに好ましくは２４％以上になることができる。前記繊維ロープは水分吸収率が２％以下、好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．５％以下になることができる。前記繊維ロープの水分吸収率は２５℃、相対湿度６５％の条件下で測定した結果を示したものである。前記繊維ロープは強力維持率が９０％以上、好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９８％以上になることができる。前記繊維ロープの強力維持率は水分浸漬（ｗｅｔｔｉｎｇ）後強力低下程度およびＵＶ照射後強力低下程度などで測定することができる。

例えば、前記繊維ロープは常温の水に３０分以上浸漬後、室内温度で直ちに引張テストを実施して、水分浸漬（ｗｅｔｔｉｎｇ）に対する強力低下程度を測定することができる。本発明の繊維ロープに対する水分浸漬後強力維持率は９０％以上、好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９８％以上になることができる。また、前記繊維ロープは４０℃、相対湿度６５％でゼノンアーク（ＸＥＮＯＮ ＡＲＣ）光を１００時間照射後に、強力低下程度を測定することができる。本発明の繊維ロープに対するＵＶ照射後強力維持率は９０％以上、好ましくは９５％以上、さらに好ましくは９８％以上になることができる。

前記ポリエステル繊維で製造された繊維ロープは常温で測定された最大荷重の１０％変形での弾性回復率が８０％以上、好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上になることができる。また、前記繊維ロープは前記最大荷重の２０％変形での弾性回復率が６０％以上、好ましくは６１％以上、さらに好ましくは６２％以上になることができる。本発明のポリエステル繊維で製造された繊維ロープは前記最大荷重の３０％変形での弾性回復率が５０％以上、好ましくは５１％以上、さらに好ましくは５２％以上になることができる。

この時、前記ポリエステル繊維ロープの弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ）は引張試験時に得られる応力−変形度グラフで下記計算式２に示したように全体仕事（Ｔｏｔａｌ Ｗｏｒｋ）に対する回復仕事（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ）の百分率値（％）になることができる。

［計算式２］
ロープの弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ）＝｛（回復仕事面積）／（全体仕事面積）｝×１００
ここで、全体仕事（Ｔｏｔａｌ Ｗｏｒｋ）は、図２に示されたように常温でロープの切断強力および切断伸び率の測定を通じて強伸度曲線を示した時、その強伸度曲線の面積に該当する値である。上記式中、回復仕事（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ）は図２に示されたように最大荷重の１０％、２０％、３０％に該当するだけ引いてから離すことを１０回反復後、強伸度曲線を測定してその強伸度曲線の面積に該当する値である。

船舶の停泊や係留などに使用される海洋用ロープで、ロープの弾性回復率が既存のポリエステル繊維ロープなどのように低い場合には、船舶係留時に海洋の変化によって船舶の動きによる変形に対して十分に対応できないだけでなく、一定期間使用後には弾性回復率を失って、船舶係留時に船舶を押さえる能力を喪失する。

本発明のポリエステル繊維ロープは、このように優れた切断伸び率および強力維持率を示すと同時に水分吸収率が最少化されることによって、船舶の停泊や係留、曳航などや各種の建設現場などで優れた機械的物性と共に外部の環境変化に対して効果的な対応を通じてロープの寿命を延長し、十分な安全性を確保することができる。

本発明において前記記載された内容以外の事項は必要によって加減が可能なことであるので、本発明では特に限定しない。

本発明によれば、所定の範囲で高い弾性回復率、切断伸び率、強度などが最適化されて、優れた機械的物性と共に耐摩耗性、強力維持率などに優れたポリエステル繊維が提供される。

このようなポリエステル繊維は、高強力、高弾性回復率、高伸び率に最適化されることによって十分な強伸度を有し、優れた機械的物性および衝撃吸収性能を確保することができる。これにより、前記ポリエステル繊維は海洋が荒くなり船舶などが激しくローリングするなどの外部環境変化でも糸切断を最少化し衝撃吸収性能を顕著に向上させ、優れたロープ寿命と共に十分な安全性を確保できるポリエステル繊維ロープを製造することができる。

本発明の一実施形態によるポリエステル繊維製造工程を模式的に示した工程図である。 一般的な繊維の強−伸度曲線の例を示すものであって、このような強−伸度曲線の面積から弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ、％）を測定することができる。 本発明の実施例４によるポリエステル繊維の強−伸度曲線を示すものである。 本発明の比較例１によるポリエステル繊維の強−伸度曲線を示すものである。

以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例に限定されるのではない。

実施例１−５
所定の固有粘度を有するポリエステル重合体を溶融紡糸して冷却する方法でポリエステル未延伸糸を製造した後に、前記未延伸糸を所定の延伸比で延伸し熱処理を遂行してポリエステル繊維を製造した。この時、ポリエステル重合体の固有粘度と溶融紡糸工程時の紡糸速度および紡糸張力、紡糸温度条件、延伸比、熱処理温度は下記表１に示した通りであり、残り条件はポリエステル繊維製造のための通常の条件に従った。

前記実施例１−５によって製造されたポリエステル繊維に対して次の方法で物性を測定し、測定された物性は下記表２に整理した。

１）引張強度および切断伸度
米国材料試験規格ＡＳＴＭ Ｄ ２２５６の方法で万能材料試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ）を用いてポリエステル原糸の引張強度および切断伸度を測定した。この時、試料長は２５０ｍｍであり、引張速度は３００ｍｍ／ｍｉｎとし、初期ロードは０．０５ｇ／ｄに設定した。

２）弾性回復率
米国材料試験協会規格ＡＳＴＭ Ｄ ２２５６の方法で常温で原糸の強伸度曲線を測定し、最大荷重と全体仕事（Ｔｏｔａｌ Ｗｏｒｋ）を確認した後、最大荷重の１０％、２０％、３０％に該当するだけ引いてから離すことを１０回反復後、強伸度曲線を測定して回復仕事（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ）を確認し、下記の計算式１に示したように原糸の弾性回復率（％）を測定した。

［計算式１］
原糸の弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ）＝｛（回復仕事面積）／（全体仕事面積）}×１００
３）乾熱収縮率
英国テストライト（Ｔｅｓｔｒｉｔｅ）社のテストライト（Ｔｅｓｔｒｉｔｅ）ＭＫ−Ｖ装備を用いて１７７℃で２分間０．０１ｇ／ｄの固定荷重を付加する条件下で測定した。

４）固有粘度
四塩化炭素を用いて試料で油剤を抽出し、１６０±２℃でＯＣＰ（Ｏｒｔｈｏ Ｃｈｌｏｒｏ Ｐｈｅｎｏｌ）で溶かした後、２５℃の条件で自動粘度測定器（Ｓｋｙｖｉｓ−４０００）を用いて粘度管での試料粘度を測定して、下記計算式３によってポリエステル繊維の固有粘性度（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ、ＩＶ）を求めた。

［計算式３］
固有粘性度（ＩＶ）＝｛（０．０２４２×Ｒｅｌ）＋０．２６３４｝×Ｆ
上記の式で、

であり、

である。

５）単糸繊度
単糸繊度は、糸枠を用いて原糸を９，０００ｍだけ取りその重量を測って原糸の総繊度（Ｄｅｎｉｅｒ）を求めた後、フィラメント数で除する方法で測定した。

比較例１−５
下記表３に記載された条件を除いては実施例１−５と同様な方法によって比較例１−５のポリエステル繊維を製造した。

前記比較例１−５によって製造されたポリエステル繊維の物性を下記表４に整理した。

また、前記実施例４および比較例１によるポリエステル繊維の常温で測定した強−伸度曲線をそれぞれ図３および４に示した。図３に示したように、本発明によって高い弾性回復率で分子鎖が長い（高粘度）原糸の場合は強度と伸び率が高い反面、図４に示したように、比較例１の一般ポリエステル原糸は低い粘度で分子鎖が短くて、強度と伸び率が顕著に落ちることが分かる。

製造例１−５
実施例１−５によって製造されたポリエステル繊維を用いて、１次合糸時に下撚を適用し、２次合糸時に上撚を適用して、繊維ロープを製造した。この時、１次合糸下撚で７合、２次合糸上撚で４合を実施し、このように作られた合糸物を１６本を合わせて、１つのストランド（ｓｔｒａｎｄ）を作ってこのように作られたストランド８本で最終ロープを製造した。前記繊維ロープは、最終繊度を同一にしてロープの直径（Ｄｉａｍｅｔｅｒ）が３６ｍｍになるようにした。

このように作られたポリエステル繊維ロープに対して次の方法で物性を測定した。

ａ）切断強力および切断伸び率
ロープの両末端を環に固定し、繊維ロープ試料の長さは５ｍにして、一側環を速度１ｍ／ｍｉｎで移動する方法で繊維ロープに対して最終破断する時の強力／伸び率を測定／評価した。

ｂ）弾性回復率
ロープの切断強力および切断伸び率測定方法によって最高荷重を確認した後、最終荷重の１０％、２０％、３０％に該当するだけに変形を与え、１０回繰り返して、下記計算式２に示したようにロープの弾性回復率（％）を測定した。

［計算式２］
ロープの弾性回復率（Ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ Ｗｏｒｋ Ｒａｔｉｏ）＝｛（回復仕事面積）／（全体仕事面積）｝×１００
ｃ）水分吸収率
２５℃、相対湿度６５％でロープの重量を測定した後、ロープを乾燥機を用いて１００℃で６時間乾燥後にロープの重量を測定し、下記の計算式４によって２５℃、相対湿度６５％で水分吸収率を測定した。

［計算式４］

ｄ）水分浸漬（ｗｅｔｔｉｎｇ）後強力維持率
常温の水に３０分以上浸漬後、室内温度で直ちに引張テストを前記強力評価方法と同一に実施して、下記の計算式５によって水分浸漬（ｗｅｔｔｉｎｇ）後強力維持率を測定した。

［計算式５］

ｅ）ＵＶ照射後強力維持率
４０℃、相対湿度６５％でゼノンアーク（ＸＥＮＯＮ ＡＲＣ）光を１００時間照射後、前記強力評価方法で繊維ロープの強力を測定して、下記の計算式６によってＵＶ照射後強力維持率を測定した。

［計算式６］

実施例１−５によって製造されたポリエステル繊維を用いて製造された製造例１−５の繊維ロープに対する物性測定結果を下記表５に示した。

比較製造例１−５
比較例１−５によって製造されたポリエステル繊維を用いたことを除いては製造例１−５と同様な方法によって繊維ロープを製造し、物性を測定して下記表６に示した。

比較製造例６
ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）原糸（１，７００ｄ、強度９．０ｇ／ｄ、伸び率２６％）を用いたことを除いては製造例１−５と同様な方法によって繊維ロープを製造し、物性を測定して下記表６に示した。

比較例１−５によって製造されたポリエステル繊維およびナイロン原糸を用いて製造された比較製造例１〜６の繊維ロープに対する物性測定結果を下記表６に示した。

前記表５に示されているように、実施例１−５から製造されて高い弾性回復率を有するポリエステル繊維から製造された製造例１−５の繊維ロープは、切断強力が２６．６ｔｏｎ乃至２９．５ｔｏｎであり、切断伸び率が２３．５％乃至２７．４％で、非常に優れた特性を有することが分かる。これと同時に、前記製造例１−５の繊維ロープは２５℃、相対湿度６５％での水分吸収率が全て０．４％程度で顕著に低い範囲であり、水分浸漬（Ｗｅｔｔｉｎｇ）時強力維持率およびＵＶに対する強力維持率がそれぞれ９９．８％乃至１００．５％および９９．５％乃至９９．９％で非常に優れた範囲を示すことが分かる。これにより、製造例１−５の繊維ロープは、優れた機械的特性と共に優れた耐光性、耐含水性、耐摩耗性、低水分吸収率、衝撃吸収性能などを同時に有するものであるのが確認できる。

反面、前記表６に示されているように、比較例１−５のポリエステル繊維を用いて製造された比較製造例１−５の繊維ロープはこのような特性を充足しないのが確認された。特に、比較製造例１−５の繊維ロープは切断強力が２２．０ｔｏｎ乃至２４．５ｔｏｎであり、切断伸び率が１３．５％乃至１５．８％に過ぎなくて、ロープのタフネスが顕著に落ちるのが分かる。このように繊維ロープのタフネスが顕著に落ちれば、船舶を係留したり曳航する時、または建設現場などに適用時、十分な機械的物性を確保できないこともある。

また、一般的な合成繊維の一つであるナイロン繊維を用いた比較製造例６の繊維ロープは２５℃、相対湿度６５％での水分吸収率が４．２％であり、ＵＶに対する強力維持率および水分浸漬（Ｗｅｔｔｉｎｇ）時強力維持率がそれぞれ７４．３％および７４．９％で、顕著に落ちるのを確認した。このように強力維持率が良くない場合には、船舶を係留させる波止場の厳しい環境条件などで機械的物性が急激に低下される問題が発生することがある。

また、前記ポリエステル重合体は必要によってＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＢａＳＯ_４などからなる群より選択された１種以上の無機添加剤を追加的に含むことができる。この時、前記無機添加剤は前記ポリエステル重合体に対して１００乃至１，５００ｐｐｍ、好ましくは２００乃至１，２００ｐｐｍの含量で含むことができる。前記無機添加剤は紡糸性側面で１００ｐｐｍ以上、好ましくは２００ｐｐｍで含むことができ、優れた強力発現側面で１，５００ｐｐｍ以下、好ましくは１，２００ｐｐｍ以下で含むことができる。

前記表５に示されているように、実施例１−５から製造されて高い弾性回復率を有するポリエステル繊維から製造された製造例１−５の繊維ロープは、切断強力が２６．６ｔｏｎ乃至２９．５ｔｏｎであり、切断伸び率が２３．５％乃至２７．４％で、非常に優れた特性を有することが分かる。これと同時に、前記製造例１−５の繊維ロープは２５℃、相対湿度６５％での水分吸収率が全て０．４％程度で顕著に低い範囲であり、水分浸漬（Ｗｅｔｔｉｎｇ）時強力維持率およびＵＶに対する強力維持率がそれぞれ９９．８％乃至１００．５％および９９．５％乃至９９．９％で非常に優れた範囲を示すことが分かる。これにより、製造例１−５の繊維ロープは、優れた機械的特性と共に優れた耐光性、耐含水性、耐摩耗性、低水分吸収率、衝撃吸収性能などを同時に有するものであるのが確認できる。

Claims (14)

1. 常温で測定された最大荷重の１０％変形での弾性回復率が７０％以上であり、前記最大荷重の２０％変形での弾性回復率が５０％以上であり、前記最大荷重の３０％変形での弾性回復率が４０％以上であるポリエステル繊維。
2. 総繊度が９００デニール以上である、請求項１に記載のポリエステル繊維。
3. 単糸繊度が２１ＤＰＦ以下であり、１１０乃至５５０本のフィラメントを含む、請求項１に記載のポリエステル繊維。
4. 引張強度が８．８ｄ以上であり、切断伸度が１５％以上である、請求項１に記載のポリエステル繊維。
5. 固有粘度が１．２ｄｌ／ｇ以上であるポリエステル重合体を２７０乃至３１０℃で溶融紡糸してポリエステル未延伸糸を製造する段階、および
   前記ポリエステル未延伸糸を延伸する段階
   を含む、請求項１乃至４のうちのいずれか一項によるポリエステル繊維の製造方法。
6. 前記ポリエステル重合体は、ポリエチレンテレフタレートを７０モル％以上含む、請求項５に記載のポリエステル繊維の製造方法。
7. 前記延伸工程を５．０乃至６．５の延伸比で遂行する、請求項５に記載のポリエステル繊維の製造方法。
8. 前記未延伸糸を延伸した後に、１７０乃至２５０℃温度下で熱固定工程を追加的に含む、請求項５に記載のポリエステル繊維の製造方法。
9. 前記未延伸糸を延伸した後に、弛緩率１％乃至１４％の弛緩工程を追加的に含む、請求項５に記載のポリエステル繊維の製造方法。
10. 請求項１乃至４のうちのいずれか一項による繊維を含むポリエステル繊維ロープ。
11. 繊維ロープの単位直径（ｍｍ）当り切断強力が０．６７ｔｏｎ／ｍｍ以上である、請求項１０に記載のポリエステル繊維ロープ。
12. 切断伸び率が１８％以上である、請求項１０に記載のポリエステル繊維ロープ。
13. 強力維持率が９０％以上である、請求項１０に記載のポリエステル繊維ロープ。
14. 水分吸収率が２％以下である、請求項１０に記載のポリエステル繊維ロープ。