JP2755820B2 - 超配向結晶質フィラメントの溶融紡糸 - Google Patents
超配向結晶質フィラメントの溶融紡糸Info
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Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
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- D01F6/58—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolycondensation products
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Description
【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、高い機械的特性を有する十分に配向した結
晶質合成フィラメントの溶融紡糸方法に関するものであ
る。特に、本発明は、極めて高度の配向性、高い結晶
性、低い収縮率および高い強靭性を有するフィラメント
を生成することができる繊維形成性合成重合体を溶融紡
糸する改善された方法を提供する。
晶質合成フィラメントの溶融紡糸方法に関するものであ
る。特に、本発明は、極めて高度の配向性、高い結晶
性、低い収縮率および高い強靭性を有するフィラメント
を生成することができる繊維形成性合成重合体を溶融紡
糸する改善された方法を提供する。
繊維形成性合成重合体からフィラメントまたは繊維を
製造する際に商業的に使用される代表的な溶融紡糸方法
の例は、二工程法として特徴付けることができる。溶融
重合体は紡糸口金の孔から押し出されてフィラメントを
形成し、ついで押出工程とインライン連結されて行われ
るかあるいは別個の次の操作として行われる別個の工程
において、フィラメントを伸長または延伸して配向性を
増大させ、かつ所望の物理的特性を付与する。例えば、
ポリエチレンテレフタレート（PET）のような商業用ポ
リエステルは多年にわたって二工程法によって製造さ
れ、この方法では重合体溶融物を紡糸口金から押し出し
てフィラメントを形成し、凝固後にフィラメントを1000
〜1500m/分程度の速度で巻き取る。次いで、紡糸したま
まの繊維を400〜1000m/分程度の速度で延伸し、アニー
ルする。このような二工程法における取扱い、エネルギ
ーおよび資本設備の要件は全生産費に有意に寄与する。
製造する際に商業的に使用される代表的な溶融紡糸方法
の例は、二工程法として特徴付けることができる。溶融
重合体は紡糸口金の孔から押し出されてフィラメントを
形成し、ついで押出工程とインライン連結されて行われ
るかあるいは別個の次の操作として行われる別個の工程
において、フィラメントを伸長または延伸して配向性を
増大させ、かつ所望の物理的特性を付与する。例えば、
ポリエチレンテレフタレート（PET）のような商業用ポ
リエステルは多年にわたって二工程法によって製造さ
れ、この方法では重合体溶融物を紡糸口金から押し出し
てフィラメントを形成し、凝固後にフィラメントを1000
〜1500m/分程度の速度で巻き取る。次いで、紡糸したま
まの繊維を400〜1000m/分程度の速度で延伸し、アニー
ルする。このような二工程法における取扱い、エネルギ
ーおよび資本設備の要件は全生産費に有意に寄与する。
生産費を低減しかつ生産速度を増大するには、従来の
二工程法によって製造したものと同等またはより良好な
特性を有する十分に配向した結晶質PET繊維を一工程で
製造する方法を開発するのが望ましい。このために、従
来多くの研究者が高速紡糸に基づく技術を探究してき
た。1979年、デュポン社（アール．イー．フランクフォ
ートおよびビー．エッチ．ノックス，米国特許第4,134,
822号）は、約7000m/分までの速度の高速紡糸技術を開
示しており、この技術では良好な熱安定性および良好な
染色性を有する配向した結晶質PETフィラメントを一工
程で製造している。しかし、生成した繊維の機械的特性
は従来の二工程法によって製造した十分に延伸された延
伸糸よりなお劣っている。
二工程法によって製造したものと同等またはより良好な
特性を有する十分に配向した結晶質PET繊維を一工程で
製造する方法を開発するのが望ましい。このために、従
来多くの研究者が高速紡糸に基づく技術を探究してき
た。1979年、デュポン社（アール．イー．フランクフォ
ートおよびビー．エッチ．ノックス，米国特許第4,134,
822号）は、約7000m/分までの速度の高速紡糸技術を開
示しており、この技術では良好な熱安定性および良好な
染色性を有する配向した結晶質PETフィラメントを一工
程で製造している。しかし、生成した繊維の機械的特性
は従来の二工程法によって製造した十分に延伸された延
伸糸よりなお劣っている。
上述の研究と平行して、高速紡糸の研究に関する報告
を1970年後期以降の文献に見い出すことができる。高速
紡糸PET繊維の特性および構造は適切にその特徴が決定
されている。高速紡糸繊維の代表的な特性は、従来の十
分に配向した配向糸より低い強靭性、低いヤングモジュ
ラスおよび大きい伸びを有することである〔ティー．カ
ワグチ「高速繊維紡糸（High Speed Fiber Spinnin
g）」中、エー．ジアビッキおよびエッチ．カワイ編、
ジョン．ウイリイ．アンド．ソンス社、ニューヨーク、
1985,第８頁〕。最近、PETを紡糸するために12,000m/分
までの巻取速度（take-up speed）が報告されている。
しかし、従来の二工程紡糸繊維と同等な特性を有する紡
糸したままのPET繊維を超高速紡糸によって製造するこ
とは、従来不可能であった。しかも、紡糸したままの繊
維の配向性および結晶性はそれぞれある臨界速度におい
て最大値に達し、これより速い速度では高度の半径方向
の不均一性および微小空隙のような重大な構造上の欠陥
が現れ始め、これらの欠陥は高性能繊維の達成を著しく
制約する。
を1970年後期以降の文献に見い出すことができる。高速
紡糸PET繊維の特性および構造は適切にその特徴が決定
されている。高速紡糸繊維の代表的な特性は、従来の十
分に配向した配向糸より低い強靭性、低いヤングモジュ
ラスおよび大きい伸びを有することである〔ティー．カ
ワグチ「高速繊維紡糸（High Speed Fiber Spinnin
g）」中、エー．ジアビッキおよびエッチ．カワイ編、
ジョン．ウイリイ．アンド．ソンス社、ニューヨーク、
1985,第８頁〕。最近、PETを紡糸するために12,000m/分
までの巻取速度（take-up speed）が報告されている。
しかし、従来の二工程紡糸繊維と同等な特性を有する紡
糸したままのPET繊維を超高速紡糸によって製造するこ
とは、従来不可能であった。しかも、紡糸したままの繊
維の配向性および結晶性はそれぞれある臨界速度におい
て最大値に達し、これより速い速度では高度の半径方向
の不均一性および微小空隙のような重大な構造上の欠陥
が現れ始め、これらの欠陥は高性能繊維の達成を著しく
制約する。
本発明における目的は上述の研究者の目的と類似して
いる：すなわち、従来の二工程法によって製造したもの
と同等またはより優れた特性を有する十分に配向した結
晶質繊維を一工程で製造する方法を提供することにあ
る。しかし、この目的を追求する際に、本発明者等は上
述の研究者の進んだ進路を変更した。本発明では、高速
紡糸の研究を継続する代わりに、紡糸操作の糸条（thre
adline）動力学を変更して一工程法で高性能繊維を製造
する。
いる：すなわち、従来の二工程法によって製造したもの
と同等またはより優れた特性を有する十分に配向した結
晶質繊維を一工程で製造する方法を提供することにあ
る。しかし、この目的を追求する際に、本発明者等は上
述の研究者の進んだ進路を変更した。本発明では、高速
紡糸の研究を継続する代わりに、紡糸操作の糸条（thre
adline）動力学を変更して一工程法で高性能繊維を製造
する。
本発明者等が先に行った研究〔ククロ等、米国特許第
4,909,976号、1990年３月20日〕において、紡糸糸条に
沿った繊維構造（配向および晶出）の発現は糸条の温度
分布を最適にすることにより有意に改善されることが明
らかになった。これは帯域冷却・帯域加熱技術を導入す
ることにより紡糸糸条の温度分布を変えて繊維構造の形
成を改善することにより達成される。巻取応力は従来の
紡糸法と比較してほとんど変わらないままであった。
4,909,976号、1990年３月20日〕において、紡糸糸条に
沿った繊維構造（配向および晶出）の発現は糸条の温度
分布を最適にすることにより有意に改善されることが明
らかになった。これは帯域冷却・帯域加熱技術を導入す
ることにより紡糸糸条の温度分布を変えて繊維構造の形
成を改善することにより達成される。巻取応力は従来の
紡糸法と比較してほとんど変わらないままであった。
発明の概要 本発明者等が先に行った研究とは異なり、本発明方法
では紡糸糸条の応力分布および温度分布の両方を同時に
変える。フィラメント構造の発現が進行している区域に
おいて、糸条に応力を加えてフィラメントに高レベルの
配向を達成する。また、この区域において糸条を最適な
結晶化および半径方向均一性が得られるように選定した
温度に維持する。このようにして製造されたフィラメン
トは２種の代表的な特性、すなわち高レベルの分子配向
を示す高い複屈折および半径方向に均一な微細構造を有
する。これらの特性を有するフィラメントは高い強靭性
の値、低い破断点伸びおよび低いボイルオフ（boil-of
f）収縮率を有する。
では紡糸糸条の応力分布および温度分布の両方を同時に
変える。フィラメント構造の発現が進行している区域に
おいて、糸条に応力を加えてフィラメントに高レベルの
配向を達成する。また、この区域において糸条を最適な
結晶化および半径方向均一性が得られるように選定した
温度に維持する。このようにして製造されたフィラメン
トは２種の代表的な特性、すなわち高レベルの分子配向
を示す高い複屈折および半径方向に均一な微細構造を有
する。これらの特性を有するフィラメントは高い強靭性
の値、低い破断点伸びおよび低いボイルオフ（boil-of
f）収縮率を有する。
本発明は、ポリエチレンテレフタレート（PET）のよ
うな繊維形成性熱可塑性重合体から超配向高強靭性繊維
を製造する一工程法を提供する。特に、溶融した繊維形
成性熱可塑性重合体をフィラメントの形態に押出し、こ
れらのフィラメントを前記熱可塑性重合体のガラス転移
温度より30℃以上高い温度に維持されている液浴中に導
入して液浴中のフィラメントに等温結晶化条件を提供す
る。これらのフィラメントを液浴から引き取って、次い
で3000〜7000m/分程度の速度で巻き取る。生成フィラメ
ントは、紡出したままの状態で、結晶質構造および0.20
〜0.22程度の複屈折を有すると共に、6.3〜8.1g/d tex
（グラム／デシテックス（７〜9g/d（グラム／デニー
ル））の高い強靭性、14〜30％の破断点伸びおよび５〜
10％のボイルオフ収縮率を有する。また、生成フィラメ
ントは、高レベルの半径方向の均一性、特に高度の複屈
折の半径方向の均一性を有するという特徴を有する。
うな繊維形成性熱可塑性重合体から超配向高強靭性繊維
を製造する一工程法を提供する。特に、溶融した繊維形
成性熱可塑性重合体をフィラメントの形態に押出し、こ
れらのフィラメントを前記熱可塑性重合体のガラス転移
温度より30℃以上高い温度に維持されている液浴中に導
入して液浴中のフィラメントに等温結晶化条件を提供す
る。これらのフィラメントを液浴から引き取って、次い
で3000〜7000m/分程度の速度で巻き取る。生成フィラメ
ントは、紡出したままの状態で、結晶質構造および0.20
〜0.22程度の複屈折を有すると共に、6.3〜8.1g/d tex
（グラム／デシテックス（７〜9g/d（グラム／デニー
ル））の高い強靭性、14〜30％の破断点伸びおよび５〜
10％のボイルオフ収縮率を有する。また、生成フィラメ
ントは、高レベルの半径方向の均一性、特に高度の複屈
折の半径方向の均一性を有するという特徴を有する。
溶融紡糸操作に関連する他の従来技術の方法では、液
体急冷浴を使用しているが、本発明における液体急冷浴
の作用および本発明によって達成される結果は、従来技
術の方法における結果とは有意に異なる。例えば、バシ
ラトス、米国特許第4,425,293号（1984）では、常温水
を使用する液体急冷浴を使用して重合体の結晶化を抑制
するために急冷を行っている。これに対し、本発明では
急冷を避けるのに適合する条件に液浴を維持して、糸条
における結晶化を最大にする等温条件を保証する。
体急冷浴を使用しているが、本発明における液体急冷浴
の作用および本発明によって達成される結果は、従来技
術の方法における結果とは有意に異なる。例えば、バシ
ラトス、米国特許第4,425,293号（1984）では、常温水
を使用する液体急冷浴を使用して重合体の結晶化を抑制
するために急冷を行っている。これに対し、本発明では
急冷を避けるのに適合する条件に液浴を維持して、糸条
における結晶化を最大にする等温条件を保証する。
コシネック等、米国特許第4,446,299号（1984）は、
先ずフィラメントを接着限界より低い温度（通常Ｔgに
等しい温度）に冷却し、次いで集めて束とし、その後に
吹込み空気または静止空気を使用するいわゆる「摩擦張
力増大装置」に導入する方法を開示している。ついで、
生成フィラメントを別個の高温調整圏で処理することが
できる。本発明では、溶融フィラメントを液浴中に導入
する前に接着限界より低い温度に冷却する必要がなく、
その代わりにフィラメントがまだ溶融状態（すなわち、
Ｔgより30℃以上高い温度）にあるうちにフィラメント
を高温の液体媒体中に浸漬する。本発明では追加の調整
圏を使用しない。その上、コシネック等の米国特許で達
成される紡糸応力は本発明において達成される応力の数
パーセントにすぎず、さらに重要なことには、本発明に
おいて達成される優れた物理的特性はこの従来技術の方
法によっては達成されない。
先ずフィラメントを接着限界より低い温度（通常Ｔgに
等しい温度）に冷却し、次いで集めて束とし、その後に
吹込み空気または静止空気を使用するいわゆる「摩擦張
力増大装置」に導入する方法を開示している。ついで、
生成フィラメントを別個の高温調整圏で処理することが
できる。本発明では、溶融フィラメントを液浴中に導入
する前に接着限界より低い温度に冷却する必要がなく、
その代わりにフィラメントがまだ溶融状態（すなわち、
Ｔgより30℃以上高い温度）にあるうちにフィラメント
を高温の液体媒体中に浸漬する。本発明では追加の調整
圏を使用しない。その上、コシネック等の米国特許で達
成される紡糸応力は本発明において達成される応力の数
パーセントにすぎず、さらに重要なことには、本発明に
おいて達成される優れた物理的特性はこの従来技術の方
法によっては達成されない。
ジェイ．ジェイ．キリアンは、米国特許第3,002,804
号において、新たに紡糸したフィラメントを均一な配向
フィラメントに延伸するために、80〜93℃の温度に維持
した水浴を使用している。フィラメントは常温延伸作用
により配向状態になることがあるが、フィラメントの結
晶化は所定の温度範囲の液体によって抑制される。結晶
性を有していない配向フィラメントは高いボイルオフ収
縮率のような低い熱安定性を有しており、その上使用で
きるようになる前に後処理を必要とする。上述のキリア
ンの米国特許では88℃の極めて深い水深（10フィート
（305cm）の水深）で6.9g/d tex（7.7g/d）という最大
強靭性を得ているが、その生成物の大部分の機械的特性
は従来の十分に延伸された糸より劣っている。他方、本
発明はPET結晶の固有値に近い複屈折を有する結晶質PET
フィラメントを提供する。本発明のフィラメントは、熱
安定性であって低レベルのボイルオフ収縮率を有し、後
処理の不必要な高強靭性繊維を必要とするテキスタイル
用途に直接使用することができる。
号において、新たに紡糸したフィラメントを均一な配向
フィラメントに延伸するために、80〜93℃の温度に維持
した水浴を使用している。フィラメントは常温延伸作用
により配向状態になることがあるが、フィラメントの結
晶化は所定の温度範囲の液体によって抑制される。結晶
性を有していない配向フィラメントは高いボイルオフ収
縮率のような低い熱安定性を有しており、その上使用で
きるようになる前に後処理を必要とする。上述のキリア
ンの米国特許では88℃の極めて深い水深（10フィート
（305cm）の水深）で6.9g/d tex（7.7g/d）という最大
強靭性を得ているが、その生成物の大部分の機械的特性
は従来の十分に延伸された糸より劣っている。他方、本
発明はPET結晶の固有値に近い複屈折を有する結晶質PET
フィラメントを提供する。本発明のフィラメントは、熱
安定性であって低レベルのボイルオフ収縮率を有し、後
処理の不必要な高強靭性繊維を必要とするテキスタイル
用途に直接使用することができる。
図面の説明 本発明の特徴および利点のいくつかを説明する。この
特徴および利点は次の詳細な説明および添付図面から明
らかである。添付図面において： 図１は本発明の方法を実施し、本発明の生成物を製造
することができる装置の概略図であり；また 図２〜６は本発明方法によって製造したフィラメント
の屈折率、複屈折およびローレンツ密度の半径方向の均
一性を示すグラフである。
特徴および利点は次の詳細な説明および添付図面から明
らかである。添付図面において： 図１は本発明の方法を実施し、本発明の生成物を製造
することができる装置の概略図であり；また 図２〜６は本発明方法によって製造したフィラメント
の屈折率、複屈折およびローレンツ密度の半径方向の均
一性を示すグラフである。
発明の詳細な説明 本発明は従来の溶融紡糸とは異なるプロセスを含んで
いる。従来の溶融紡糸では、紡糸口金孔を通して重合体
溶融物を押出し、押出物を急冷空気により室温に冷却
し、後処理のために凝固したフィラメントを巻き取り、
所望の機械的性質を得ている。本発明は紡糸口金面の下
の位置の紡糸ラインに液体恒温浴を用いる。
いる。従来の溶融紡糸では、紡糸口金孔を通して重合体
溶融物を押出し、押出物を急冷空気により室温に冷却
し、後処理のために凝固したフィラメントを巻き取り、
所望の機械的性質を得ている。本発明は紡糸口金面の下
の位置の紡糸ラインに液体恒温浴を用いる。
押出物はまだ溶融状態すなわち重合体のガラス転移温
度より30℃以上高いうちに液体恒温浴に導入する。浴温
度は重合体ガラス転移温度（Ｔg）より30℃以上高い温
度に維持し、結晶化を進めるのに十分な分子の移動度を
保証する必要がある。浴中のフィラメントは高度に等温
配向される。浴中の液体媒体は、等温結晶化条件を提供
してフィラメント構造の半径方向の均一性に寄与するほ
かに、摩擦抵抗を与えるので走行するフィラメントに巻
取応力を加えて高度な分子配向に寄与する。糸条におけ
る巻取応力のレベルは種々の因子、例えば液体の温度、
粘度、深さおよびフィラメントと液体媒体との間の相対
速度に依存する。本発明方法においては、巻取応力を0.
54〜5.4g/d tex（0.6〜6g/d）の範囲内に維持するのが
好ましく、0.9〜4.5g/d tex（１〜5g/d）の範囲内が最
も好ましい。
度より30℃以上高いうちに液体恒温浴に導入する。浴温
度は重合体ガラス転移温度（Ｔg）より30℃以上高い温
度に維持し、結晶化を進めるのに十分な分子の移動度を
保証する必要がある。浴中のフィラメントは高度に等温
配向される。浴中の液体媒体は、等温結晶化条件を提供
してフィラメント構造の半径方向の均一性に寄与するほ
かに、摩擦抵抗を与えるので走行するフィラメントに巻
取応力を加えて高度な分子配向に寄与する。糸条におけ
る巻取応力のレベルは種々の因子、例えば液体の温度、
粘度、深さおよびフィラメントと液体媒体との間の相対
速度に依存する。本発明方法においては、巻取応力を0.
54〜5.4g/d tex（0.6〜6g/d）の範囲内に維持するのが
好ましく、0.9〜4.5g/d tex（１〜5g/d）の範囲内が最
も好ましい。
表Ｉは異なる速度および液体の深さにおける巻取応力
を示す１組のデータを示す。液体浴を用いた紡糸におけ
る巻取応力のレベルは空気媒体のみを用いた紡糸（液体
の深さ０）における巻取応力より著しく大きい。3000m/
分の巻取応力（フィラメント直径に対する引張力の比、
すなわち線密度）は、40cmの液体浴長さにおいて2.88g/
d tex（3.2g/d）に達するのに対し、液体浴を用いない
で、すなわち摩擦媒体として空気だけを用いて紡糸した
場合には0.198g/d tex（0.22g/d）の値に達する。これ
は液体浴紡糸ラインにおける巻取応力が主として液体抵
抗により生じることを意味する。空気媒体と比べてその
摩擦作用が大きく、かつその密度が大きく、熱容量が大
きく、熱伝導率が大きいため、液体媒体は迅速な急冷も
しくは加熱に有効な手段、または溶融紡糸もしくは延伸
プロセスにおける走行フィラメントに大きな摩擦力を働
かせるのに有効な手段として用いられることが多い。
を示す１組のデータを示す。液体浴を用いた紡糸におけ
る巻取応力のレベルは空気媒体のみを用いた紡糸（液体
の深さ０）における巻取応力より著しく大きい。3000m/
分の巻取応力（フィラメント直径に対する引張力の比、
すなわち線密度）は、40cmの液体浴長さにおいて2.88g/
d tex（3.2g/d）に達するのに対し、液体浴を用いない
で、すなわち摩擦媒体として空気だけを用いて紡糸した
場合には0.198g/d tex（0.22g/d）の値に達する。これ
は液体浴紡糸ラインにおける巻取応力が主として液体抵
抗により生じることを意味する。空気媒体と比べてその
摩擦作用が大きく、かつその密度が大きく、熱容量が大
きく、熱伝導率が大きいため、液体媒体は迅速な急冷も
しくは加熱に有効な手段、または溶融紡糸もしくは延伸
プロセスにおける走行フィラメントに大きな摩擦力を働
かせるのに有効な手段として用いられることが多い。
本発明方法を実施するのに使用する実験装置の一種の
代表的配置を図１に示す。PETのような熱可塑性重合体
を溶融し、１個または多数の孔を有する紡糸口金１を通
して押出す。押出物２を、なお溶融状態、すなわちＴg
より30℃以上高い温度であるうちに空気間隙に通した
後、液体恒温浴３に導入する。液体浴を重合体のガラス
転移温度（Ｔg）より30℃高い温度に保つ必要がある。P
ETにとって好ましい範囲は120〜180℃である。次いで、
液体恒温浴の底面における滑り弁４を有する開孔を通し
て結晶化固体フィラメントを引き出し、密閉液体捕集装
置５を通し、ガイド6,7を通し、ゴデット８の回りを通
し、最後に巻取装置９を用いて3000m/分以上の巻取速度
で巻取る。滑り弁４は液体を液体恒温浴３から貯蔵容器
10に迅速に排出するため、およびフィラメントを巻取装
置９に供給する前に液体恒温浴を通るフィラメントの自
由な通過を容易にするために、開放できるように設計す
る。フィラメントを導糸し、巻取装置９により巻き取っ
た後に、フィラメント束が自由に通り抜けることができ
るのにまさに十分な大きさの中央オリフスィスを残して
弁４を閉じる。次いで、液体恒温浴３を貯蔵容器10中で
予熱した選定した液体で充たす。この液体を液体恒温浴
３中で所望の一定レベルおよび一定温度に維持する。液
体恒温浴の下に直接装着した液体捕集装置５はフィラメ
ントの導糸が容易になるように、容易に前後に動かすこ
とができ、底面オリフィスを通るフィラメント束により
運ばれる恒温液体の小さな流れおよび飛散する液滴を捕
集するために閉じることができる。上述と同じ条件下に
得られた紡糸したままのPET繊維は0.20〜0.22の複屈折
値、6.3〜8.1g/d tex（7.0〜9.0g/d）の強靭性、14〜30
％の破断点伸び、68〜81g/d tex（75〜90g/d）の初期モ
ジュラス、および５〜10％のボイルオフ収縮率を示し
た。
代表的配置を図１に示す。PETのような熱可塑性重合体
を溶融し、１個または多数の孔を有する紡糸口金１を通
して押出す。押出物２を、なお溶融状態、すなわちＴg
より30℃以上高い温度であるうちに空気間隙に通した
後、液体恒温浴３に導入する。液体浴を重合体のガラス
転移温度（Ｔg）より30℃高い温度に保つ必要がある。P
ETにとって好ましい範囲は120〜180℃である。次いで、
液体恒温浴の底面における滑り弁４を有する開孔を通し
て結晶化固体フィラメントを引き出し、密閉液体捕集装
置５を通し、ガイド6,7を通し、ゴデット８の回りを通
し、最後に巻取装置９を用いて3000m/分以上の巻取速度
で巻取る。滑り弁４は液体を液体恒温浴３から貯蔵容器
10に迅速に排出するため、およびフィラメントを巻取装
置９に供給する前に液体恒温浴を通るフィラメントの自
由な通過を容易にするために、開放できるように設計す
る。フィラメントを導糸し、巻取装置９により巻き取っ
た後に、フィラメント束が自由に通り抜けることができ
るのにまさに十分な大きさの中央オリフスィスを残して
弁４を閉じる。次いで、液体恒温浴３を貯蔵容器10中で
予熱した選定した液体で充たす。この液体を液体恒温浴
３中で所望の一定レベルおよび一定温度に維持する。液
体恒温浴の下に直接装着した液体捕集装置５はフィラメ
ントの導糸が容易になるように、容易に前後に動かすこ
とができ、底面オリフィスを通るフィラメント束により
運ばれる恒温液体の小さな流れおよび飛散する液滴を捕
集するために閉じることができる。上述と同じ条件下に
得られた紡糸したままのPET繊維は0.20〜0.22の複屈折
値、6.3〜8.1g/d tex（7.0〜9.0g/d）の強靭性、14〜30
％の破断点伸び、68〜81g/d tex（75〜90g/d）の初期モ
ジュラス、および５〜10％のボイルオフ収縮率を示し
た。
特性決定法 後述の例では、報告した物理的特性を測定するため
に、次の特性決定法を使用した。
に、次の特性決定法を使用した。
（ａ） 複屈折。繊維の複屈折はニコン製偏光顕微鏡に
装着した20段階（order）傾斜補正器を用いて測定し
た。５回の個々の測定値の平均値を各試料について報告
した。
装着した20段階（order）傾斜補正器を用いて測定し
た。５回の個々の測定値の平均値を各試料について報告
した。
（ｂ） 引張試験。引張試験は、インストロン試験機モ
デル1123において25.4mmのゲージ長および１分当たり約
100％の伸びの伸長速度を用いて、１本のフィラメント
について行った。５回の個々の試験の強靭性、モジュラ
スおよび破断点伸びの平均値は試験方法ASTM D3822-82
に記載されている方法を用いて測定した。
デル1123において25.4mmのゲージ長および１分当たり約
100％の伸びの伸長速度を用いて、１本のフィラメント
について行った。５回の個々の試験の強靭性、モジュラ
スおよび破断点伸びの平均値は試験方法ASTM D3822-82
に記載されている方法を用いて測定した。
（ｃ） ボイルオフ収縮率（BOS）。ボイルオフ収縮率
は、引張力を加えずに繊維試料を５分間沸騰水中に浸漬
することにより測定した。約10本のフィラメントの平均
BOSは試験方法ASTM D2102-79に記載されている方法によ
り計算した。
は、引張力を加えずに繊維試料を５分間沸騰水中に浸漬
することにより測定した。約10本のフィラメントの平均
BOSは試験方法ASTM D2102-79に記載されている方法によ
り計算した。
（ｄ） Ｘ線回折。相互に平行に整列させた繊維の束の
赤道面スキャンを、シーメンス タイプＦのＸ線回折計
システムを用いて得た。結晶質PET繊維は分離した回折
ピークを示した。これはアモルファス試料でないからで
ある。
赤道面スキャンを、シーメンス タイプＦのＸ線回折計
システムを用いて得た。結晶質PET繊維は分離した回折
ピークを示した。これはアモルファス試料でないからで
ある。
（ｅ） 巻取張力。巻取力は50グラムフルスケールで検
量したロートシルト（Rothschild）張力計を用いて巻取
装置近くの点で測定した。
量したロートシルト（Rothschild）張力計を用いて巻取
装置近くの点で測定した。
さらに、本発明を次の例について説明する。
例１〜５ 高い固有粘度（IV）の工業用ポリエチレン テレフタ
レート重合体（IV0.95）を、0.6mmの出口直径を有する
双曲線形ダイに通して、295℃で溶融押出しした。重合
体処理量を巻取速度によって変えてフィラメント当たり
約5.0デニールの一定の線密度を得た。
レート重合体（IV0.95）を、0.6mmの出口直径を有する
双曲線形ダイに通して、295℃で溶融押出しした。重合
体処理量を巻取速度によって変えてフィラメント当たり
約5.0デニールの一定の線密度を得た。
実施例１および２では図面に示すタイプの装置配置を
用いて製造を行った。1,2−プロパンジオールを液体恒
温浴用液体媒体として用い、これを紡糸の実施例１およ
び２において、それぞれ110℃および136℃の温度に維持
した。実施例１では3000m/分の速度で巻き取り、実施例
２では4000m/分の速度で巻き取った。
用いて製造を行った。1,2−プロパンジオールを液体恒
温浴用液体媒体として用い、これを紡糸の実施例１およ
び２において、それぞれ110℃および136℃の温度に維持
した。実施例１では3000m/分の速度で巻き取り、実施例
２では4000m/分の速度で巻き取った。
比較例３は、液体媒体として室温の水を用いた点を除
いて、実施例１および２と同じ条件を用いて行った。比
較例４および５は、液体浴を用いなかった、すなわちフ
ィラメント表面を取り囲む空気の普通すなわち通常の抵
抗によって紡糸張力を加えた点を除き、同じ装置を用い
て行った。
いて、実施例１および２と同じ条件を用いて行った。比
較例４および５は、液体浴を用いなかった、すなわちフ
ィラメント表面を取り囲む空気の普通すなわち通常の抵
抗によって紡糸張力を加えた点を除き、同じ装置を用い
て行った。
上述の例における特性を表IIにまとめた。実施例１お
よび２は、前述の本発明の必須要件を満たす。比較例３
は、水の大きな抵抗効果による比較的高い複屈折を示し
た；しかし生成した繊維は、Ｘ線回折により示されかつ
高いボイルオフ収縮率の値により確認されたように、本
質的にアモルファスであった。この試料の引張特性はこ
こに記載した本発明の必須要件の範囲内に入らない。空
気媒体中で3000m/分において紡糸を行った比較例４は、
典型的なアモルファスＸ線回折パターン、低レベルの分
子配向および低い機械的性能を示した。空気中で6000m/
分において製造を行った比較例５は、Ｘ線回折により結
晶質パターンを示したが、低い複屈折値を有していた。
引張特性は本発明の生成物の必須要件に適合しなかっ
た。
よび２は、前述の本発明の必須要件を満たす。比較例３
は、水の大きな抵抗効果による比較的高い複屈折を示し
た；しかし生成した繊維は、Ｘ線回折により示されかつ
高いボイルオフ収縮率の値により確認されたように、本
質的にアモルファスであった。この試料の引張特性はこ
こに記載した本発明の必須要件の範囲内に入らない。空
気媒体中で3000m/分において紡糸を行った比較例４は、
典型的なアモルファスＸ線回折パターン、低レベルの分
子配向および低い機械的性能を示した。空気中で6000m/
分において製造を行った比較例５は、Ｘ線回折により結
晶質パターンを示したが、低い複屈折値を有していた。
引張特性は本発明の生成物の必須要件に適合しなかっ
た。
例６〜10 これらの一連の例において、より低い分子量のテキス
タイル用PET（IV0.57）を、例１〜５において用いたと
同様な条件下にフィラメントに紡糸した。その結果を表
IIIに示す。実施例６および７は、Ｔg（76℃）より約44
℃高い温度である120℃の液体恒温浴において２−プロ
パンジオールを用いて実施し、結晶質構造および高い複
屈折、高い強靭性並びに低い伸びおよび低いボイルオフ
収縮率という特性を有する本発明のフィラメントを得
た。比較例８は、（Ｔg＋30）℃より低い温度である90
℃の水浴を用いて実施した。この比較例では、所定温度
における摩擦延伸のために高度に配向されていたが、本
発明のフィラメントより劣る熱不安定性および機械的特
性を有するアモルファス構造を示した。液体浴を用いず
に空気中で実施した比較例９および10は、本発明の生成
物の必須要件を満たさない特性を示した。
タイル用PET（IV0.57）を、例１〜５において用いたと
同様な条件下にフィラメントに紡糸した。その結果を表
IIIに示す。実施例６および７は、Ｔg（76℃）より約44
℃高い温度である120℃の液体恒温浴において２−プロ
パンジオールを用いて実施し、結晶質構造および高い複
屈折、高い強靭性並びに低い伸びおよび低いボイルオフ
収縮率という特性を有する本発明のフィラメントを得
た。比較例８は、（Ｔg＋30）℃より低い温度である90
℃の水浴を用いて実施した。この比較例では、所定温度
における摩擦延伸のために高度に配向されていたが、本
発明のフィラメントより劣る熱不安定性および機械的特
性を有するアモルファス構造を示した。液体浴を用いず
に空気中で実施した比較例９および10は、本発明の生成
物の必須要件を満たさない特性を示した。
半径方向の均一性の測定 実施例７のフィラメントの半径方向の複屈折をエナ干
渉顕微鏡を用いて測定した。それぞれ繊維の軸線に平行
および垂直である局部の屈折率ｎ‖およびｎ⊥を、半径
方向の複屈折分布の測定に用いられる殻模型（shell-mo
del）を用いて計算した。また、コード（chord）平均屈
折率および複屈折を報告した。ローレンツ光学密度Ｋp
を次式により求めた： 上式において、 である。干渉縞の分析は完全に自動化された方法により
実施した。
渉顕微鏡を用いて測定した。それぞれ繊維の軸線に平行
および垂直である局部の屈折率ｎ‖およびｎ⊥を、半径
方向の複屈折分布の測定に用いられる殻模型（shell-mo
del）を用いて計算した。また、コード（chord）平均屈
折率および複屈折を報告した。ローレンツ光学密度Ｋp
を次式により求めた： 上式において、 である。干渉縞の分析は完全に自動化された方法により
実施した。
図２は、120℃の液体恒温浴を用いて3500m/分で固有
粘度0.57のPETから紡糸を行った実施例７の繊維の軸線
にそれぞれ平行および垂直である２種の屈折率ｎ‖およ
びｎ⊥の半径方向の分布を示す。繊維のｎ‖およびｎ⊥
の半径方向の分布は本質的に平坦であった。複屈折の半
径方向の分布を図３に示す。黒丸はコード平均複屈折で
あり、白丸は殻模型を用いて計算した「真の」局部の複
屈折である。図４は紡糸したフィラメントにおけるロー
レンツ（光学）密度の半径方向の分布を示す。ローレン
ツ密度は通常の密度すなわち結晶性に比例するので、平
坦な分布は、フィラメントの断面に均一な密度すなわち
結晶性が存在することを示す。
粘度0.57のPETから紡糸を行った実施例７の繊維の軸線
にそれぞれ平行および垂直である２種の屈折率ｎ‖およ
びｎ⊥の半径方向の分布を示す。繊維のｎ‖およびｎ⊥
の半径方向の分布は本質的に平坦であった。複屈折の半
径方向の分布を図３に示す。黒丸はコード平均複屈折で
あり、白丸は殻模型を用いて計算した「真の」局部の複
屈折である。図４は紡糸したフィラメントにおけるロー
レンツ（光学）密度の半径方向の分布を示す。ローレン
ツ密度は通常の密度すなわち結晶性に比例するので、平
坦な分布は、フィラメントの断面に均一な密度すなわち
結晶性が存在することを示す。
図５は、２種の温度の異なる液体等温流を用いて紡糸
した２種の繊維の半径方向の複屈折の分布を示す。用い
た巻取速度は3000m/分であった。ローレンツ光学密度の
半径方向の分布を図６に示す。両試料において複屈折お
よび光学密度が半径方向において均一であることが示さ
れている。通常の密度の測定と同様に、より高い液体等
温浴の温度において紡糸したフィラメントは、より低い
浴温度において紡糸した試料より高い光学密度を示した
が、これらの２種の試料の複屈折はほぼ同一であった。
この場合にも、これらの観察結果は、液体等温浴を用い
る紡糸により、高レベルの分子配向のほか高度に均一な
半径方向の構造を有するフィラメントを生成することが
できることを示す。
した２種の繊維の半径方向の複屈折の分布を示す。用い
た巻取速度は3000m/分であった。ローレンツ光学密度の
半径方向の分布を図６に示す。両試料において複屈折お
よび光学密度が半径方向において均一であることが示さ
れている。通常の密度の測定と同様に、より高い液体等
温浴の温度において紡糸したフィラメントは、より低い
浴温度において紡糸した試料より高い光学密度を示した
が、これらの２種の試料の複屈折はほぼ同一であった。
この場合にも、これらの観察結果は、液体等温浴を用い
る紡糸により、高レベルの分子配向のほか高度に均一な
半径方向の構造を有するフィラメントを生成することが
できることを示す。
これらのデータは、繊維構造発現圏において半径方向
の温度勾配が存在しないために、通常の高速紡糸おいて
遭遇するのが普通であるスキン・コア（skin-core）効
果が除去されることを確認するものである。フィラメン
トが液体等温浴中に導入される前に、ある程度の半径方
向の温度勾配が糸条の上側領域に存在しているが、紡糸
応力レベルが低いため、実際上この領域では構造がほと
んど発現しない。フィラメントは液体中に導入された後
に極めて迅速に液体温度に到達することができ、また液
体浴中で繊維構造を発現しながら等温条件に置かれる。
構造発現圏には半径方向の温度勾配が存在していない結
果、半径方向に均一な繊維構造が得られる。
の温度勾配が存在しないために、通常の高速紡糸おいて
遭遇するのが普通であるスキン・コア（skin-core）効
果が除去されることを確認するものである。フィラメン
トが液体等温浴中に導入される前に、ある程度の半径方
向の温度勾配が糸条の上側領域に存在しているが、紡糸
応力レベルが低いため、実際上この領域では構造がほと
んど発現しない。フィラメントは液体中に導入された後
に極めて迅速に液体温度に到達することができ、また液
体浴中で繊維構造を発現しながら等温条件に置かれる。
構造発現圏には半径方向の温度勾配が存在していない結
果、半径方向に均一な繊維構造が得られる。
本発明は上述の特定の例によって限定されるものでは
ない。また本発明の実施例は、高い張力の糸条における
同様な重合体結晶化原理に基づくPET以外の合成重合体
からの繊維の紡糸に適用される。ナイロンおよびポリオ
レフィンは２種の代表的な例であり、これらの例は当業
者には明らかである。
ない。また本発明の実施例は、高い張力の糸条における
同様な重合体結晶化原理に基づくPET以外の合成重合体
からの繊維の紡糸に適用される。ナイロンおよびポリオ
レフィンは２種の代表的な例であり、これらの例は当業
者には明らかである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 タッカー ポール エイ アメリカ合衆国ノースカロライナ州 27695―8302 ローリー ノース カロ ライナ ステイト ユニバーシティ カ レッジ オブ テクスタイルズ ボック ス 8302 (72)発明者 チェン ガオ―ユアン アメリカ合衆国バージニア州 23831 チェスター アパートメント 201 ウ ォータービュー ドライブ 11703 (72)発明者 ルンドバーグ フェルディナンド アメリカ合衆国ノースカロライナ州 27695―8302 ローリー ノース カロ ライナ ステイト ユニバーシティ カ レッジ オブ テクスタイルズ ボック ス 8302 (56)参考文献 特開 昭59−100711（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−132618（ＪＰ，Ａ) 特公 昭46−28979（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭38−2016（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭35−2721（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (6)
- 【請求項１】高い配向性および強靭性を有する溶融紡糸
した熱可塑性重合体フィラメントを製造するに当り、 溶融した繊維形成性熱可塑性重合体をフィラメントの形
態に押し出し、 前記フィラメントを該フィラメントがまだ前記熱可塑性
重合体のガラス転移温度より30℃以上高い温度にあるう
ちに液浴中に導入し、 前記液浴を前記熱可塑性重合体のガラス転移温度より30
℃以上高い温度に維持して前記液浴中の前記フィラメン
トに等温結晶化条件を与え、 前記液浴から前記フィラメントを3000m/分以上の速度で
引き取って、前記フィラメントが前記液浴中を通過する
際に前記フィラメントに応力を加える ことを特徴とする熱可塑性重合体フィラメントの製造方
法。 - 【請求項２】前記フィラメントを、該フィラメントに0.
54〜5.4g/d tex（0.6〜6g/d）の巻取応力を与える速度
で引き取ることを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記繊維形成性重合体がポリエチレンテレ
フタレートであり、前記維持工程では前記液浴を110℃
以上の温度に維持することを特徴とする請求項１記載の
方法。 - 【請求項４】前記液浴を約130℃の温度に維持すること
を特徴とする請求項３記載の方法。 - 【請求項５】前記液浴の条件および前記フィラメントを
前記液浴から引取り速度を制御して、前記フィラメント
に、結晶質のＸ線回折パターンおよび0.20以上の複屈折
を達成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の
方法。 - 【請求項６】前記液浴の条件および前記フィラメントを
前記液浴から取り出す速度を制御する工程では、前記液
浴を110℃以上の温度に維持し、前記液浴から前記フィ
ラメントを3000〜7000m/分の速度で引き取って前記フィ
ラメントが前記液浴を通過する際に前記フィラメントに
巻取応力を作用させることを特徴とする請求項５記載の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/525,874 US5149480A (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Melt spinning of ultra-oriented crystalline polyester filaments |
| US525,874 | 1990-05-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05508443A JPH05508443A (ja) | 1993-11-25 |
| JP2755820B2 true JP2755820B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=24094955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3510824A Expired - Lifetime JP2755820B2 (ja) | 1990-05-18 | 1991-05-15 | 超配向結晶質フィラメントの溶融紡糸 |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5149480A (ja) |
| EP (1) | EP0528992B2 (ja) |
| JP (1) | JP2755820B2 (ja) |
| KR (1) | KR0133562B1 (ja) |
| AR (1) | AR244815A1 (ja) |
| AT (1) | ATE118254T1 (ja) |
| AU (1) | AU650886B2 (ja) |
| BR (1) | BR9106470A (ja) |
| CA (1) | CA2083291C (ja) |
| DE (1) | DE69107303T3 (ja) |
| ES (1) | ES2071998T5 (ja) |
| WO (1) | WO1991018133A1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5578255A (en) * | 1989-10-26 | 1996-11-26 | Mitsubishi Chemical Corporation | Method of making carbon fiber reinforced carbon composites |
| USRE35972E (en) * | 1990-05-18 | 1998-11-24 | North Carolina State University | Ultra-oriented crystalline filaments |
| US5405696A (en) * | 1990-05-18 | 1995-04-11 | North Carolina State University | Ultra-oriented crystalline filaments |
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