JP2682127B2 - 高強度、高弾性率ポリエステル中空繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は従来に見ない高強度と高弾性率特性を有する
エチレンテレフタレート系ポリエステル繊維に関するも
のである。

更に詳しくは、タイヤ補強材、コンベアベルト補強材
あるいは熱可塑性コンポジットの補強材等の用途に有用
なポリエステル繊維に関するものである。

（従来の技術） 従来、高強度・高弾性率ポリエステル繊維を得る方法
としては、例えば特開昭63−12715号公報、特開昭63−9
9322号公報、特開昭63−196711号公報、特開昭63−1967
12号公報、特開昭63−196713号公報等が提案されてい
る。特開昭63−12715号公報は極限粘度IVが1.2以上のポ
リマーをトリフルオロ酢酸／塩化メチレン混合溶媒に溶
解して紡糸原液となし、これを紡出し未延伸糸にした
後、熱延伸することで高強度・高弾性率ポリエステル繊
維を得ることが示されている。特開昭63−99322号公報
では紡出した未延伸物を膨潤処理し、次いで全延伸倍率
が６倍以上となるように延伸することで高強度・高弾性
率ポリエステル繊維とすることが開示されている。特開
昭63−196711号公報は極限粘度IVが1.2以上のポリマー
を特定の条件で紡糸し、未延伸物を膨潤処理した後、多
段熱延伸することにより高強度・高弾性率ポリエステル
繊維とすることが示されている。

また、特開昭63−196712号公報には極限粘度IVが1.2
以上のポリマーを特殊な条件で紡糸・延伸することによ
り折りたたみ分子鎖が減少し、結晶とをつなぐタイ分子
が著しく増大した繊維構造を発現せしめ高強度・高弾性
率ポリエステル繊維とすることが開示されている。特開
昭63−196713号公報は極限粘度IVが0.5以上1.2未満のポ
リマーを溶融紡糸で複屈折率が0.002〜0.060の未延伸糸
を得て、これを膨潤処理した後、多段熱延伸する高強度
・高弾性率ポリエステル繊維の製造方法を述べている。

（発明が解決しようとする課題） 一般に、産業資材用繊維、例えばゴムを補強するタイ
ヤコード用繊維に要求される性能は高強度であることが
好ましい。しかし、現行のタイヤコード用ポリエチレン
テレフタレート繊維の切断強度は９（g/d）程度、初期
引張弾性率は130〜150（g/d）であり、130（g/d）未満
の初期引張弾性率のポリエチレンテレフタレート繊維は
ゴムの補強効果が、小さいために、一般には使用されな
い。かかる現状において前記したようにエチレンテレフ
タレート系ポリエステル繊維の高性能化に関する技術が
多数提案されている。しかしながら、前記提案の方法は
次に述べるような問題点を有している。

先ず、特開昭63−12715号公報に記載された方法はポ
リマーの溶解及び溶媒の回収が必要であり、さらには紡
糸速度等から考えて生産性が低い。

また、特開昭63−99322号公報に記載された方法は未
延伸糸の極限粘度IVが1.45と高い場合には高強度・高弾
性率のポリエステル繊維を得る極限粘度IVが0.95程度の
とき、従来の産業資材用ポリエチレンテレフタレート繊
維と比較して良好な値とはいえ、膨潤処理／高倍率延伸
の効果が充分に出ているとはいえない。

特開昭63−196711号公報及び特開昭63−196712号公報
に記載された方法はいずれも原理的には、極限粘度IVが
1.2以上のポリマーを利用することによりタイ分子の数
を増加せしめることで高強度・高弾性率化をはかってい
る。しかしながら、ポリマーの極限粘度IVが高くなるに
つれて溶融粘度も上昇するため、より高温の紡糸条件、
より高耐圧性の紡糸装置が必要になる。また複屈折率が
0.002〜0.06と比較的低配向の未延伸糸を得るためには
限定された紡糸条件が必要であるため通常の極限粘度
（IV≦1.0）のポリマーの紡糸に比べて生産性が低下す
る。

特開昭63−196713号公報に記載された方法は、通常の
極限粘度（IV≦1.0）のポリマーを溶融紡糸し、複屈折
率が0.002〜0.06と比較的低配向の未延伸糸を得て、こ
れを膨潤処理した後、特定の条件で延伸することにより
高強度・高弾性率化をはかっている。しかし、切断強
度、初期引張弾性率は従来の産業資材用ポリエチレンテ
レフタレート繊維と比較して良好な値とはいえ、出願人
が推測している切断強度及び初期引張弾性率のそれぞれ
の限界値である30（g/d）、500（g/d）から判断して膨
潤処理／高倍率延伸の効果を充分に引き出しているとは
いえない。本発明は、かかる従来技術において達し得な
い問題についての解決と、前記従来技術では達成するこ
とができなかったエチレンテレフタレート系ポリエステ
ル繊維の高強度化と高弾性率化を達成し、従来のエチレ
ンテレフタレート系ポリエステル繊維とは明らかに区別
される新規な構造に起因して発現する高強力、高弾性率
エチレンテレフタレート系ポリエステル繊維を提供せん
とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための手段、即ち本発明は、極限
粘度IVが0.5〜2.0のエチレンテレフタレート系ポリエス
テルよりなり、横断面の中空率が２〜45％の中空繊維で
あり、繊維の切断強度が14g/d以上であり、且つ初期引
張弾性率が210g/d以上であることを特徴とする高強度、
高弾性率ポリエステル中空繊維である。

本発明では、エチレンテレフタレート系ポリエステル
のポリマーを、溶融紡糸した後、可能な限り高倍率で延
伸し、本発明の繊維を構成する高分子鎖ができる限りそ
の繊維軸方向に配列させる必要がある。かかる延伸を施
す手段としてポリエステル系未延伸糸を膨潤剤で処理す
ると高倍率延伸が可能となり、得られる延伸糸の繊維物
性も向上する。しかしながら、膨潤処理したことによる
延伸倍率の上昇に見合うだけの切断強度が発現している
とはいえない。ところが切断強度の向上を阻害している
原因でか、繊維横断面の中央部に存在する欠陥部分であ
ることが本願発明者らの研究により判明した。かかる欠
陥部分を取り除く事について鋭意研究を重ねた結果、驚
くべきことには、溶融紡糸段階で中空繊維となすことに
より切断強度の大幅な向上が達成されることが判明し
た。

本発明繊維を構成するポリエステルは、その反復単位
の85モル％以上がエチレンテレフタレート単位よりなる
ものであって、特にテレフタル酸またはその機能的誘導
体とエチレングリコールとか製造されるポリエチレンテ
レフタレートを主たる対象とする。しかしながら、ポリ
エチレンテレフタレートを構成する酸成分であるテレフ
タル酸またはその機能的誘導体の一部を15モル％未満の
例えばイソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼラ
イン酸、ナフタール酸、ｐ−オキシ安息香酸、2.5−ジ
メチルテレフタル酸のような２官能性酸、またはそれ等
の機能的誘導体のうち少なくとも一種で置き換えるか、
もしくは、グリコール成分であるエチレングリコールの
一部を15モル％未満の例えばジエチレングリコール、1.
4−ブタンジオール等の２価アルコールのうち少なくと
も一種で置き換えた共重合体であってもよい。また、こ
れ等のポリエステル酸化防止剤、難燃剤、接着性向上
剤、艶消剤、着色剤等を含有させてもさしつかえない。

本発明に使用されるエチレンテレフタレート系ポリエ
ステルの極限粘度IVの上限を特に限定するものではない
が溶融粘度と、それに関係した紡糸設備や製糸条件を勘
案するとIVは2.0未満であることが望ましい。

なお、使用するエチレンテレフタレート系ポリエステ
ルの極限粘度IVが0.5未満になると本発明の目的とする
高強度・高弾性率ポリエステル繊維の製造が困難とな
る。

本発明法は通常、産業資材用繊維の製造に使用される
極限粘度IVのポリマーを用いて中空繊維を紡出し、さら
に従来の高強度・高弾性率ポリエステル繊維の製造に適
用される手法を効果的に採用することにより新規な製造
法を達成したものである。即ち繊維横断面の中心に中空
部を有する未延伸糸を膨潤処理した後、多段熱延伸する
ことで14（g/d）以上の高強度210（g/d）以上の高弾性
率が同時に得られることを見い出だし、本発明に至った
ものである。以下、本発明の新規なエチレンテレフタレ
ート系ポリエステルの繊維の製造法及び繊維の特徴につ
いて更に詳しく述べる。

真空乾燥処理した極限粘度IVが2.0未満の原料ポリエ
ステルをポリマーの融点以上好ましくはポリマーの融点
より少なくとも20℃以上高い温度で溶融押出しする。

溶融押出し方法としては特に制限はないがエクストル
ーダー型押出機、ピストン型押出機、２軸混練型押出機
等が用いられる。溶融押出機より溶融したポリマーを延
伸後の繊維で２（％）以上45（％）未満の中空率を得る
ことが可能な形状の紡糸孔を複数個配列した口金を通し
て吐出する。紡糸孔の形状は特に限定するものではない
が１箇所に欠円部を有するＣ字型で円環状のものが好ま
しい。繊維の中空率は紡糸孔ディメンジョンのみならず
使用するポリマーの極限粘度IVや紡糸温度さらには吐出
直後の糸条に吹き当てられる冷却気流の温度、流速等に
影響されるからこれらを考慮して紡糸条件を設定するこ
とが肝要である。

延伸後の繊維の中空率が２（％）未満になる様な未延
伸糸を膨潤処理し、次いで多段熱延伸しても繊維横断面
内の構造の不均一性は解消されず高物性化は困難とな
る。また延伸後の繊維の中空率が45（％）以上になる様
な未延伸糸は吐出直後の冷却、固化の過程で繊維横断面
内に異方性を生じたり、また中空部の形成が困難になる
等の問題があり、結果的には高物性化の障害となる。

従って、中空率は２（％）以上45（％）未満、好まし
くは５（％）以上40（％）未満することが必要である。

このようにして溶融吐出されたポリエステル未延伸糸
を冷却、固化させ、適量の油剤を付与した後、糸速度を
制御する引取りローラーによって引取られる。

引取り速度は特に限定されるものではないが紡糸孔デ
ィメンジョンやポリマーの吐出条件を考慮した上で未延
伸糸の自然延伸倍率NEが200（％）〜250（％）となるよ
うに設定することが好ましい。

自然延伸倍率が200（％）未満では引き続き行なう膨
潤処理よる延伸性な向上効果が小さくなり、結果的に高
物性化が困難となる。自然延伸倍率250（％）以上にな
ると紡糸状態が非常に不安定となり糸条の長手方向の班
の抑制が困難となる。

引取られた糸条は一旦巻き取った後、又は、紡糸に連
続して該ポリエステルを膨潤する溶液に浸せき処理す
る。膨潤溶液としては繊維自体を溶解することなく、繊
維を膨潤させることにより、高倍率延伸を可能にするも
のであればいかなるものでもよいが、特にアセトン／水
系（水含有率０〜50vol％）が最も好ましい。

膨潤処理は０℃以上、好ましくは10℃以上の一定温度
で糸条の外観が白く変化し、結晶化が完了するように処
理時間を設定する。処理速度の制御方法は処理温度と膨
潤溶液中の膨潤剤濃度の変更により可能である。

このようにして膨潤処理されたポリエステル未延伸糸
を90℃以下の温度で、且つ、延伸ヒーター内での変形・
細化が支配的である最大の倍率で延伸する。延伸ヒータ
ー温度が90℃を越えると延伸前に熱結晶化が進行し延伸
性を阻害するので好ましくない。

低温延伸に引き続き、150〜250℃の温度の範囲で高温
延伸を行なう。高温延伸には多段延伸が好ましく、まず
150〜200℃の温度範囲で最大延伸倍率の95％以上で延伸
する。ここで最大延伸倍率とは1000m以上のサンプルが
連続して安定的に製糸し得ることができる最大の延伸倍
率をいう。

次いで、200〜250℃の温度の範囲で可能な限り高倍率
の延伸を行なうことが好ましい。

（作用） 本発明のポリエステル繊維の特徴を図面によって説明
する。第１図は本発明のポリエステル繊維の横断面を示
す図であり、第２図は比較例のポリエステル繊維の横断
面を示す図である。

第２図に示す如く比較例の繊維横断には中央部が黒化
して見え、繊維横断面内の内外層間で大きな密度差の存
在していることを示している。繊維横断面の中央部が黒
化していることから断面中央部の密度が外層に比べて著
しく低くなっており、断面中央部は比較的粗なボイド状
構造単位を含んでおり、この部分の繊維物性はかなり低
いことが推察される。

一方第１図は本発明のポリエステル繊維の横断面を示
すものであり、比較例のポリエステル繊維の横断面写真
に見られるような繊維横断面内に黒化部は存在しない。
つまり、繊維横断面の中央の黒化部は膨潤処理時の膨潤
剤の繊維内部への浸透作用に伴って生じる現象と考えら
れるから繊維の中央部を予め中空化しておくことで黒化
部の発生が抑制されたものと判断される。このことが高
強度・高弾性率化という性能向上効果をもたらすもので
あると推測される。

（実施例） 以下に実施例を示すが本発明はこれらの実施例に限定
されるものではない。尚、本発明の評価に用いた物性値
の測定法は以下のとおりである。

〈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±２℃、相対温度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−11B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、東洋ポールドウ
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定した。

但し、測定条件は、5kg f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/f）
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/f）とした。

〈繊維の断面観察法〉 試料を樹脂に包埋しミクロトームにより数十ミクロン
の厚みにカットした後、光学顕微鏡を用い200〜600倍の
倍率下に観察するか、あるいは、黒色のタフセル綿を充
填した貫通孔中に試料を差し込み、カミソリ刃でカット
したものを光学顕微鏡を用い200〜600倍の倍率下に観察
する。

実施例１ 極限粘度IVが1.0のポリエチレンテレフタレート原料
ポリマーをエクストルーダー型小型紡糸機を用いて295
℃単孔吐出量0.75g/minの条件で、第３図に示すＣ字型
紡糸細孔（a/b＝0.22、ａ＝0.40mm、ｂ＝1.80mm、ｃ＝
0.18mm）を有する紡糸口金から吐出し、20℃、0.3m/min
のクエンチ気流で冷却、固化させた後、約１（％）の油
剤を付与し、速度200m/minで糸条を巻き取った。得られ
た糸条の自然延伸倍率235（％）であった。

該未延伸糸を50℃のアセトン（水1.0vol％含有）中で
３分間浸せき処理し、引き続き処理糸を80℃の温度で3.
75倍の延伸を行なった（延伸速度1.0m/min）後、185℃
で最大延伸倍率の95％で２段延伸を、次いで245℃で３
段延伸を行なった。得られた延伸糸の中空率は12.5
（％）、繊維物性は2.8デニール、切断強度14.1（g/
d）、初期引張弾性率220（g/d）、繊維の極限粘度0.88
であった。

実施例２ １箇所に欠円部を有するＣ字型環状紡糸細孔のディメ
ンジョンa/bを0.14に変えた口金を使用し、実施例１と
同一紡糸、巻取り条件で自然延伸倍率が238（％）の中
空未延伸糸を得て、該未延伸糸を実施例１と同一条件で
アセトンに浸漬させて膨潤処理し、引き続いて多段熱延
伸を行なった。得られた延伸糸の中空率は23.3（％）
で、その繊維繊度は2.9デニール、切断強度15.1（g/
d）、初期引張弾性率238（g/d）、繊維の極限粘度は0.8
8であった。

比較例１ １箇所に欠円部を有するＣ字型環状紡糸細孔のディメ
ンジョンa/b、ｃをそれぞれ0.08、0.40mmに変えた口金
を使用し、実施例１と同一紡糸及び巻取り条件で自然延
伸倍率が210（％）の未延伸糸を得た。該未延伸糸を実
施例１と同一条件でアセトンに浸漬させて膨潤処理し、
次いで多段熱延伸を行なった。得られた延伸糸はＣ型断
面を有する異形糸で条化しており、その繊維繊度は2.9
デニール、切断強度10.1（g/d）、初期引張弾性率150
（g/d）、繊維の極限粘度は0.88であった。

比較例２ 通常の円形断面で直径が0.3mmの紡糸細孔を有する口
金を用いて極限粘度IVが1.0のポリマーを溶融吐出し、2
50m/minの速度で自然延伸倍率237（％）の未延伸糸を巻
取った。該糸条を実施例１と同一の条件で膨潤処理し、
次いで多段熱延伸を行なった。得られた延伸糸の繊維繊
度は2.8デニール、切断強度13.4（g/d）、初期引張弾性
率197（g/d）、繊維の極限粘度は0.87であった。

実施例３ 極限粘度IV1.0のポリエチレンテレフタレート原料ポ
リマーをエクストルーダー型小型紡糸機を用いて、１箇
所に欠円部を有する第３図に示すＣ字型環状紡糸孔のデ
ィメンジョンa/b、ｃを変更した以外は実施例１と同一
紡糸巻取条件で、各種中空率の異なる未延伸糸を得て、
それぞれの未延伸糸を実施例１と同一条件でアセトンに
浸漬させて膨潤処理し、引き続いて多段熱延伸を行なっ
た。得られた各種中空率を有する延伸糸の物性を下記第
１表の実験No.1〜５に示す。尚、実験No.5は中空率48％
の延伸糸を得るべく行なったものの紡糸延伸が困難で満
足な糸が得られなかった。

（発明の効果） 本発明の繊維は、切断強度が14（g/d）以上、初期引
張弾性率が210（g/d）以上と、従来には見られなかった
高物性を有するポリエステル繊維であり産業資材用とし
て極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明繊維の横断面を示す図であり、第２図
は比較例２で得られた延伸糸の横断面を示す図である。 第３図は中空繊維を得るための１箇所に欠円部を有する
Ｃ字型環状紡糸口金孔の横断面図の１例を示したもので
ある。 a:紡糸孔幅 b:欠円状重合体紡糸孔外円の直径 c:欠円部重合体紡糸間隙

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】極限粘度IVが0.5〜2.0のエチレンテレフタ
   レート系ポリエステルよりなり、横断面の中空率が２〜
   45％の中空繊維であり、繊維の切断強度が14g/d以上で
   あり、且つ初期引張弾性率が210g/d以上であることを特
   徴とする高強度、高弾性率ポリエステル中空繊維。