JP2581129B2 - エチレンテレフタレート系ポリエステル繊維の製造法 - Google Patents

エチレンテレフタレート系ポリエステル繊維の製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、エチレンテレフタレート系ポリエステル繊
維の製造法に関するものであり、更に詳しくは高配向低
比重ポリエステル繊維の延伸方法に関するものである。
本発明の製造方法は、特に高強力高弾性率ポリエステ
ル繊維を得る方法として好適であり、本発明の方法で得
られた繊維は産業資材用に主として用いられる。
(従来の技術) エチレンテレフタレート系ポリエステル繊維は、通常
工業的には、極限粘度IVが1.2未満のポリマーを融点以
上の温度で溶融紡糸し、熱延伸、熱処理することにより
得られる。
このような従来技術で得られる延伸糸の物性値は産業
資材用高強力フィラメントで、破断強度6〜10g/d、初
期弾性率80〜160g/dであり、実質的には、破断強度9.5g
/d、初期弾性率120g/dのものが、工業的に得られ得る最
高のレベルの物性値である。
一方、高物性化を目的とする方法として、高度に配向
し、且つ低比重で低結晶性のポリエステル繊維をまず形
成した後、延伸熱処理する方法が古くから考えられてお
り、たとえば特開昭58−210590号公報によれば、レーザ
ー光を用いた延伸により、高配向低比重のポリエステル
系繊維が得られること及び、高配向低比重のポリエステ
ル繊維を熱処理することにより高物性化することが知ら
れている。
また、高度に配向し、且つ低比重のポリエステル繊維
は、ガラス転移温度以下の温度で延伸を行うことによっ
て得ることが、高分子論文集(vol 42,pp159〜166,198
5)で知られている。
さらに、特開昭58−169513号公報によれば、テクスチ
ャー加工用の高速紡糸された無定形ポリエチレンテレフ
タレート糸の製造に関し、紡出糸条を紡糸口金下方位置
に置かれた液体浴中で急冷することが知られている。
(発明が解決しようとする課題) ポリエステル繊維の高物性化に際し、高配向で且つ低
比重、低結晶性のポリエステル繊維の延伸熱処理を行う
際、わずかな熱を付与するだけで結晶化が急速に進行し
てしまい延伸性が低く、十分な高物性化が困難であると
いう問題があり、本発明はこの問題点を前記従来方法で
の問題点を含めて解決することを主要な課題とし、高配
向低比重ポリエステル繊維の高強度高弾性率化を目的と
した優れた延伸方法を提供せんとするものである。
(課題を解決するための手段) 即ち、本発明は、エチレンテレフタレート単位を主構
成単位とするポリエステルであり、複屈折率Δnならび
に比重SGが下式(イ)および(ロ)で示される範囲にあ
る高配向低結晶性ポリエステル繊維を出発原料として用
い、該繊維を7.5〜15.0の溶解度パラメータを示す有機
溶剤を含有する液浴中で浸漬処理した後、引き続きある
いは一旦前記有機溶剤を実質的に含まない状態に処理し
た後、延伸することを特徴とするエチレンテレフタレー
ト系ポリエステル繊維の製造法である。
Δn≧5SG−6.64……(イ) Δn≧0.100……(ロ) 本発明に用いるポリエステル繊維を形成するポリエス
テル成分は、エチレンテレフタレート単位を主構成単位
とするものであって、通常エチレンテレフタレート単位
を85モル%以上含むポリエステルもしくはホモポリエス
テルまたはそれらのポリエステル混合物である。テレフ
タール酸、エチレングリコール以外の共重合成分として
は、イソフタール酸、2,6−ナフタリンジカルボン酸、
アジピン酸、セバシン酸、シュウ酸、ジエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、シクロヘキサンジメタノ
ール、P−オキシ安息香酸、3,5−ジ(カルボメトキ
シ)ベンゼンスホン酸金属塩、あるいはこれらの誘導体
などが挙げられるが以上の具体例に限定されるものでは
ない。
本発明に用いられる繊維は複屈折率Δn(配高度のパ
ラメータ)と比重SG(結晶化度のパラメータ)の関係が
(イ)式を満たすと同時に複屈折率(Δn)が(ロ)式
を満たすものである。
(イ)式を満足しない場合、該繊維は配向度、即ちΔ
nの上昇に伴う分子鎖パッキング性向上による密度の向
上以上に密度が向上することになり、この場合、配向結
晶化が起きてしまう。
このような構造を有する本発明に用いられる繊維は、
更に延伸熱処理し高物性化をはかる際に結晶化された部
分が少ないため、通常の配向結晶化した繊維よりもはる
かに容易に高物性化できるという特徴があると考えられ
るが、通常の延伸熱処理法では、延伸が起こる前に結晶
化が起ってしまい、本発明の意図する効果が達成できな
い。
本発明に用いられる繊維の複屈折率(Δn)は(ロ)
式を満足するもので、好ましくはΔnが100×10-3〜270
×10-3である。
ここで、Δnが100×10-3より低いと力学的特性が劣
るので好ましくない。一方、Δnが0.27を越えると力学
的特性が極端に低下していく。この理由は明らかでない
が、分子鎖が伸長され過ぎて素抜けするのではないかと
想像される。
本発明に用いられる繊維の好ましい比重(SG)の下限
は1.335である。1.335より低くなるものは、繊維中にボ
イドを生成しており、力学的特性が著しく低下するので
好ましくない。なお、(SG)が適正域のものでもボイド
を生成しているものは好ましくない。
本発明に用いられる繊維は、このようなΔnとSGから
見た高配向非晶性を有している。
本発明者等は、かかる高配向非晶性を有するポリエス
テル繊維の最も有効な延伸方法を検討した結果、本発明
に至った。
本発明では、前記高配向非非晶性ポリエステル繊維を
延伸するに際して、該繊維を7.5〜15.0の溶解度パラメ
ーターを示す有機溶剤を含有する液浴中に浸漬する。
かかる浸漬処理により、繊維を膨潤せしめて延伸性を
高めるところが最も重要な点である。
ここで浸漬処理に用いられる液浴は、エチレンテレフ
タレート系ポリエステルになじみやすい溶液であること
が必要である。本発明者等は、溶解度パラメーターが7.
5〜15.0の有機溶剤からなる溶液が、該ポリエステル繊
維となじみやすいことを見い出したが、そのメカニズム
はまだよくわかっていない。
ポリエチレンテレフタレートの溶解度パラメーター
は、10.7でありポリエチレンテレフタレートを膨潤させ
る有機溶剤の溶解度パラメーターは、9.7及び12.0付近
に膨潤効果の二極大を有している。したがって有機溶剤
の溶解度パラメーターが、9.5以上、12.5以下のものが
好ましく、例えばクロルベンゼン(9.5:溶解度パラメー
タ以下数値のみ記入)、ニトロベンゼン(10.0)、ジク
ロロメタン(9.7)、ニトロメタン(12.30)、アセトン
(10.0)、ジオキサン(10.05)、ベンジルアルコール
(11.97)、ジメチルホルムアミド(12.1)等が、代表
的なものであるが、もちろんこれに限定されるものでは
ない。
ここで有機溶剤の溶解度パラメーターが7.5未満の場
合あるいは15.0より高い値を示すものは、膨潤効果が低
下し、目的とする延伸性の向上が得られなくなるので好
ましくない。
ここで言う溶解度パラメーターとは、液体間の混合性
の尺度となる液体の特性値で、J.H.Hildebrandにより提
唱され、δで表される。液体の分子凝集エネルギーを
E、分子容をVとする δ=(E/V)1/2 で与えられ、温度だけに依存する物質定数である。
さらに本発明に用いられる有機溶剤としては、エチレ
ンテレフタレート系ポリエステル未延伸糸が有するガラ
ス転移点温度より低い温度で未延伸糸を膨潤させ、その
結果、そのガラス転移点温度を低下させるものである。
さらに該溶液の浸漬速度及び膨潤効果を向上させるに
は、有機溶剤がアセトンであること、溶液が水溶液であ
ること、溶液の温度が沸点以下であれば高ければ高い
程、好ましい。
又、エチレンテレフタレート系ポリエステル繊維の中
では、得られる破断強度、初期弾性率夫々のレベルの高
さから、ポリエチレンテレフタレート繊維が最も好まし
い。
当然、本発明の趣旨からも、浸漬処理された該繊維の
中心部まで、溶液を浸透させることが、最も好ましい。
該繊維の中心部にまで溶液を浸透させるためには該繊維
の複屈折率Δn及び比重SGのレベルに従って、適正な浸
漬時間、浸漬温度及び溶液の化学組成が必要であること
は言うまでもない。
溶液が該繊維の中心部にまで浸透するに要する浸漬条
件は、処理された繊維を干渉顕微鏡で観察することによ
り確認できる。
第2図に(a、b、c、d)未処理糸と浸漬処理の程
度による干渉稿の変化挙動を示すが、処理時間を長くす
ることにより、溶液が浸透していく様子がよくわかる。
このようにして、浸漬処理された高配向非晶性のポリ
エステル繊維は、常法に従い、延伸温度100〜350℃、延
伸倍率1.02〜2.00倍で、延伸熱処理されるが、延伸熱処
理に際し、加熱ローラー延伸を行うよりは、常温のフィ
ードローラーと、ローラー間に設置したヒーターと、ド
ローローラーの組み合せが好ましい。
高物性化するには、2段以上の多段延伸及び、それに
引き続くリラックス処理を行った後、巻き取ることが好
ましい。
次に本発明で用いた物性値の測定法について説明す
る。
<極限粘度IVの測定法> 本発明において、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−クロルフェノール/テトラク
ロルエタン=3/1混合溶媒を用い、30℃で測定した極限
粘度〔η〕を次式によりフェノール/テトラクロルエタ
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 <繊維の繊度の測定法> 標準状態(温度20±2℃、相対湿度65±2%の状態)
の試験室で、サーチ(株)製のオートバイブロ式繊度測
定器DENIER COMPUTER DC−11 B型を使用して、単繊維の
繊度(デニール、d)を測定した。
但し、繊維の測定試料長は、50mmとした。
<繊維の強度の測定法> 繊維の引張強さ(強度)は、JIS−L−1013(1981)
の7.5.1に準じ、標準状態の試験室で、東洋ボールドウ
イン(株)製の定速伸長形万能引張試験機TENSILON UTM
−IIIを使用して単繊維の引張強さを測した。
但し、測定条件は、5kg fの引張型ロードセルを用
い、つかみ間隔10cm引張速度10cm/分(1分間当たりつ
かみ間隔の100%の伸長速度)、記録紙の送り速度100cm
/分で試料を引張り、試料が切断した時の荷重(gf)を
測定し次の式により引張強さ(gf/d)を算出し強度(g/
d)とした。
<繊維の初期引張弾性率の測定法> 繊維の初期引張抵抗度(初期引張弾性率)は、JIS−
L−1013(1981)の7.5.1に準じた上記の繊維の強度の
測定法と同じ方法で試験をおこない記録紙上に荷重一伸
長曲線を描きこの図より、JIS−L−1013(1981)の7.1
0に記載の初期引張抵抗度算出式により、初期引張抵抗
度(gf/d)を算出し、初期引張弾性率(g/d)とした。
<比重の測定法> n−ヘプタンと四塩化炭素よりなる密度勾配管を作成
し、30℃±0.1℃に調温された密度勾配中に十分に脱泡
した試料を入れ、5時間放置後の密度勾配管中の試料位
置を、密度勾配管の目盛りで読みとった値を、標準ガラ
スフロートによる密度勾配管目盛〜比重キャリブレーシ
ョングラフから比重値に換算し、n=4で測定。比重値
は原則として小数点以下4桁まで読む。
<複屈折率(Δn)の測定法> ニコン偏光顕微鏡POH型ライツ社ペレツクコンペンセ
ーターを用い、光源としてはスペクトル光源用起動装置
(東芝SLS−3−B型)を用いた(Na光源)。5〜6mm長
の繊維軸に対し45゜の角度に切断した試料を、切断面を
上にして、スライドグラス上に載せる。試料スライドグ
ラスを回転載物台にのせ、試料が偏光子に対して45゜に
なる様、回転載物台を回転させて調節し、アナライザー
を挿入し暗視界とした後、コンペンセーターを30にして
縞数を数える(n個)。コンペンセーターを右ネジ方向
にまわして試料が最初に暗くなる点のコンペンセーター
の目盛a、コンペンセーターを左ネジ方向にまわして試
料が最初に一番暗くなる点のコンペンセーターの目盛b
を測定した後(いずれも1/10目盛まで読む)、コンペン
セーターを30にもどしてアナライザーをはずし、試料の
直径dを測定し、下記の式にもとづき複屈折率(Δn)
を算出する(測定数20個の平均値)。
Δn=Γ/d(Γ:レターデーション、=nλ+ε) λ=589.8mμ ε:ライツ社のコンペンセーターの説明書のC/10000と
iより求める i=(a−b)(:コンペンセーターの読みの差) (実施例) 以下に実施例を示すが、云うまでもなく本発明は、こ
の実施例に限定されるものではない。
実施例1 極限粘度IV1.0のポリエチレンテレフタレートを紡糸
温度310℃にて、紡糸口金孔直径0.4mm、口金孔数24孔を
有する紡糸口金より単孔当り1.5g/分、吐出速度Voが11.
4m/分で吐出させて引取速度Vw4200m/分で引取った。
紡出糸条は急冷管に導入した。急冷管上端から5cm
は、整流機構により極めて流れが緩やかな状態とし、H
は25cmに設定し、上端から25cm下流の急冷管下端では、
流下方向の流体流速は2000m/分になるように調節し、紡
糸口金直下36cmの位置に急冷管が位置するように設置し
た。このときの冷却流体は、常温(25℃)の水を用い
た。
得られた糸のΔnは150×10-3、比重は1.3528であっ
た。この糸の糸断面内の複屈折率Δn分布は、糸中心の
Δnに対して、糸表面のΔnの方が15×10-3大きくなっ
ていた。
次に、かくして得られた糸を95%のアセトン水溶液に
22℃で30分間浸漬処理した後、後記する第1表に示す延
伸条件で延伸を行なった。得られた延伸糸の糸質を第1
表に示す。
実施例2 実施例1で得られた高配向低比重糸(Δn:150×10-3,
比重:1.3528)を用いて、延伸の段階で延伸回数、熱固
定回数および延伸倍率を変化させた以外は実施例1と同
一延伸条件で延伸した。得られた延伸糸の糸質を第1表
に示す。
比較例1 実施例1で得られた高配向低比重糸(Δn:150×10-3,
比重:1.3528)を用いて、アセトン水溶液浸漬処理を全
く行なわないで、後記第1表に示す延伸条件で延伸を行
なった。得られた延伸糸の糸質を第1表に示す。
比較例2 実施例1で得られた高配向低比重糸(Δn:150×10-3,
比重:1.3528)を用いて、アセトン水溶液浸漬処理を行
なわないで、延伸の段階で延伸回数、熱固定回数および
延伸倍率を変化させた以外は比較例1と同一延伸条件で
延伸を行なった。得られた延伸糸の糸質を第1表に示
す。
比較例3、比較例4 極限粘度1.0のポリエチレンテレフタレートを、紡糸
温度310℃にて、孔径0.4mm、口金孔数24孔を有する紡糸
口金より、単孔吐出量1.5g/分の割合で紡糸し、紡出糸
条を、冷却温度22℃、冷却気流風速0.35m/秒で冷却し、
紡速2200m/分で巻き取り、Δn:0.0395、比重:1.351の未
延伸糸(部分配向糸)を得た。延伸条件と延伸糸の特性
を第2表に示す。
(発明の効果) 本発明は以上の如く構成されているので、前記具体例
から明らかなように従来法による延伸の場合よりも本発
明の方法の方が得られた糸の機械的物性(破断強度、初
期弾性率、タフネス特性)が優れており、従来に見な
い、高配向低比重ポリエステル繊維の高強度高弾性率化
を可能とした新規な延伸方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いる高配向低結晶性ポリエステル繊
維の製造装置の概略を示す図である。 第2図のa〜dは本発明における有機溶剤液浴中での浸
漬処理の前後における繊維の干渉顕微鏡観察結果を示す
図である。 1:紡糸口金 2:糸条 3:取引ローラー 4:油剤付与装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D06M 5/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エチレンテレフタレート単位を主構成単位
    とするポリエステルであり、複屈折率Δnならびに比重
    SGが下式(イ)および(ロ)で示される範囲にある高配
    向低結晶性ポリエステル繊維を出発原料として用い、該
    繊維を7.5〜15.0の溶解度パラメータを示す有機溶剤を
    含有する液浴中で浸漬処理した後、引き続きあるいは一
    旦前記有機溶剤を実質的に含まない状態に処理した後、
    延伸することを特徴とするエチレンテレフタレート系ポ
    リエステル繊維の製造法。 Δn≧5SG−6.64……(イ) Δn≧0.100……(ロ)
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