JP2992566B2

JP2992566B2 - ナイロン・ステープル繊維に関する改良

Info

Publication number: JP2992566B2
Application number: JP2116707A
Authority: JP
Inventors: アルフレツド・ハロルド・トムソン・ジユニア
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1989-05-04
Filing date: 1990-05-02
Publication date: 1999-12-20
Anticipated expiration: 2014-12-20
Also published as: US5011645A; DE69017510T2; DE69017510D1; BR9002075A; JPH03206115A; CA2015931A1; EP0399262A3; EP0399262A2; AR242641A1; EP0399262B1; MX174286B

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ナイロン・ステープル繊維に関する改良に
関し、そして更に詳細には、特にフイラメント状のトウ
の延伸及びアニーリングにおける調製と、アニーリング
された連続フイラメント・トウから・切断された非捲縮
ステープル繊維を含む、アニーリングされた製品に関す
る。

本発明を要約すれば、高耐力（high loa−bearing）
のナイロン・ステープル繊維（及びトウの形態の前駆体
の連続フイラメント）が、最初に、複数の送りロールと
延伸ロールとの間でトウを延伸し、続いて制御された張
力下で延伸フイラメントをアニーリングするために延伸
フイラメントを加熱及び冷却する改良プロセスによつて
調製される。

ナイロンは、約50年間商業的に製造されそして使用さ
れてきた。最初のナイロン繊維は、ナイロン66、ポリ
（ヘキサメチレン・アジパアミド）であり、そしてナイ
ロン66繊維は米国において主要ナイロン繊維として今な
お作られそして使用されている。非常に大量の他のナイ
ロン繊維、特にカプロラクタムからのナイロン６繊維
が、特に他の幾つかの国において作られそして使用され
ている。ナイロン繊維は編織布及び他の目的のために使
用されている。織布に対して、本質的に２つの主要繊維
の範疇、即ち連続フイラメント糸及びステープル繊維、
即ちカツト繊維がある。大量のナイロン・フイラメント
が、例えば、連続フイラメント糸に基づいたメリヤス、
ランジエリー及び多数の絹状織物において、連続フイラ
メント糸として切断することなしにフイラメントの小さ
な束で使用されている。本発明は、これらの連続フイラ
メント糸ではなく、ナイロン・スプール繊維及びその前
駆体のトウに関するが、これは、極めて多様な装置によ
つて調製され、そして取り扱われる非常に多数のフイラ
メントのために完全に異なる取り扱い上の考慮を必要と
する。ナイロン・ステープル繊維は、ナイロン・ポリマ
ーをフイラメントに溶融紡糸し、通常何千ものフイラメ
ントを含み且つ一般に全デニールが数十万のオーダーの
トウへと極めて多数のこれらのフイラメントを集め、そ
れから一組の送りロールと（より高速で動作する）一組
の延伸ロールとの間での延伸工程に連続したトウをか
け、フイラメントの配向を増大させ、特に伸縮ナイロン
が望まれないならば、しばしばアニーリング工程により
結晶性を増大させ、そして時々続いてフイラメントを捲
縮加工し、その後、例えば、ステープル・カツターでト
ウをステープル繊維に交換する。ステープル繊維の利点
の１つは、それらが、特に（しばしば短ステープルと呼
ばれる）綿のような天然繊維及び／又は他の合成繊維と
容易に混合され、混合から導出される利点を達成するこ
とであり、この混合は、プロセスに依存するが、ステー
プル・カツターの前又は別の段階で行われる。

ナイロン・ステープル繊維の特に望ましい形態が綿と
の混合のために永年の間使用されてきたが、ここに参照
のために編入するヘベラー（Hebeler）の米国特許第3,0
44,250号、第3,188,790号、第3,321,448号及び第3,459,
845号に開示されたように、ナイロン・ステープル繊維
は高耐力の強力を有するために、ナイロンと綿の混合か
ら作られた織物の耐久性及び経済性を特に改良した。ヘ
ベラーによつて説明されたように、耐力は、都合の良い
ことに、７％伸びにおける強力（T₇）として測定され、
そしてT₇は標準的な測定値として長く受容されてきてお
り、インストロン装置で容易に読み取ることができる。
（すべての測定は、特に指示がないならば、短い繊維の
クランプに適切に注意し、そして少なくとも10本の繊維
の測定値の平均を取ることにより、単一ステープル繊維
にて行われる。実施例の多くにおいて、（各10本の繊維
に対して）少なくとも３組の測定値を、記録すべきデー
タを与えるために平均化する。）ヘベラーのプロセス
は、ナイロン繊維を最大実施可能延伸比に延伸し、そし
て最大実施可能温度において少なくとも１秒間延伸張力
の下でそれらを熱処理にさらすことを含んでいる。（延
伸比は、低速の送りロール速度に対する高速の延伸ロー
ル速度の比である。）４つのヘベラーの特許の中で、最
後の特許である米国特許第3,459,845号の特許請求の範
囲には、1,000〜6,000度秒の露呈を与える時間長さにお
いて、165℃乃至200℃で延伸張力下フイラメントを延伸
しそして熱処理し、フイラメントは、過度のフイラメン
ト破損なしに使用され得る約３乃至５の範囲内の実質的
に最大実施可能延伸比に乾燥条件下で延伸されそして熱
処理され、延伸されたフイラメントを捲縮なしにステー
プル・カツターに送り、そして非捲縮フイラメントをス
テープル繊維に切断することによるプロセスが記載され
ている。便宜上、この熱処理を従来の用語「アニーリン
グ」と呼ぶことにする。ヘベラーは、使用された種々の
操作条件を表１に示し、そしてヘベラーによつて示され
たように測定された、多様な条件下で作られたフイラメ
ントの特性（ヘベラーは「糸」に言及しているが、紡績
糸には言及しておらずトウからの連続糸に言及している
ことは明らかである）を表２に示し、そして綿又は他の
繊維のナイロンとの紡績糸のリー積値（Lea Product va
lue）を表３に示している。このリー積値は、破断係数
とも称されている糸の強さを示す数値であって、具体的
には、（ｉ）破断強さｘ間接番手、或いは（ii）破断強
さｘ直接番手の逆数、として計算される糸の強さを示す
数値である。それ以来、一層の精練と改良が行われ、そ
の結果、商業的に利用可能な非捲縮ナイロン・ステープ
ル繊維は次の一般特性を有する。即ち、6.8グラム／デ
ニール（gpd）の強力（以後「Ｔ」と呼ぶ）、47％の破
断点伸び（以後「E_B」と呼ぶ）、2.4乃至2.5gpdのT₇で
ある。これらの製品は、110ypm（ヤード／分）の速度
で、本質的にヘベラーによつて記載されそしてヘベラー
の第１図に図示された（そして又、以下に更に詳細に記
載されるように第１図に模式的に示す）プロセスによつ
て作られる。110ypmの速度は、ヘベラーのプロセスにお
いて延伸されたトウを搬送する延伸ロールの最適な実際
の速度である。（織物プロセスにおける速度は、一般
に、特に指定しないならば、最終製品が生産される速度
を参照した。ここですべての速度は、特に指定しないな
らば、ypmで与えられる。）所望の特性をあまり害する
ことなしに、この速度を増大させることが長く望まれて
きたが、これは、現存のプロセスにおいて一貫して可能
でなかつた。事実、フイラメントは、高速度では破断し
始め、そして速度が約130ypmをかなり超過するならば、
プロセスが全体として操業できなくなる程度に、破断の
数は過度になる。

このため、本発明の主な目的は、生産される製品にお
いて特性の大きな損失なしに、プロセスの速度を増大さ
せることである。これは、長く望まれてきた。

また、所望の特性、例えばT₇を改良し得ることが利点
であるが、T₇は、例えば、混合において大きな柔軟性を
与え、例えば、ナイロンの量を減少させる一方（混合物
に対する）同等の強度で糸を調製可能にする。この点に
おいて、ヘベラーの原開示の時以来、例えば、綿に対し
て2.5gpdまで又は更に注意深い選択によりそれ以上のT₇
を獲得するために、綿繊維の特性を改良しそして選択す
ることが可能であることが立証された。

本発明の１つの見地により、高耐力の強力を有するナ
イロン・ステープル繊維を調製するための方法が与えら
れ、この方法は、ナイロン・ポリマーをフイラメントに溶融紡糸する段
階と、多重の生成されたフイラメントからトウを形成する段
階と、トウを延伸及びアニーリングにさらす段階と、所望ならば、他のステープル繊維と混合した紡績糸に
形成するために適合するステープル繊維にトウを変換す
る段階とを含み、ここで、トウの延伸及びアニーリングは、連続作業で
実施され、そして本質的に、最初に、低速度で駆動される一組の送りロールと高速
度で駆動される一組の延伸ロールとの間で加熱されてい
ないトウを延伸し、続いて、得られるトウをアニーリン
グすることからなる連続作業により実施され、アニーリ
ングは、延伸されたトウが更に別の一組のロールによつ
て一組の延伸ロールと同じ速度か又はそれよりも高い速
度で進められることにより、トウを、加熱及び冷却段階
に亙つて制御された張力の下に維持しながら、約145℃
乃至約200℃の温度に加熱しそして約80℃よりも低い温
度に冷却することにより行われる。

これらの更に別のテンシヨン・ロールは、それらの速
度がアニーリング段階中張力を制御するために、しばし
ばここではアニーリング・ロールと呼ばれる。これらの
テンシヨン（アニーリング）・ロールは、延伸ロールの
速度と少なくとも同じ速度で、そして特に、延伸ロール
よりも僅かに高速で駆動されることが好ましい。延伸ロ
ールの速度に対するアニーリング・ロールの速度の比
は、アニーリング比と呼ばれ、そしてパーセント、即ち
AR％で表現される。

本発明の新規の方法の使用により、所望の特性の大き
な損失なしに、速度を実質的に増大させることが可能に
なつた。また、以前に実施可能でなかつたように所望の
特性の改良された組み合わせを有するナイロン・ステー
プル繊維を得ることが可能であることが立証された。こ
うして、本発明の別の見地により、約6.8gpd以上のＴ
と、少なくとも約2.75、好ましくは約2.75乃至約3.2、
そして長期間にわたつて一貫して測定したとき、一般に
約3gpdのオーダーのT₇のナイロン・ステープル繊維が与
えられる。これらは、以前に実施可能であつたよりも、
かなり高い。

第１図乃至第２図に示すプロセスを以後更に詳細に記
載するが、これらの図から、延伸ロールの位置が、ヘベ
ラーによつて示された第１図における加熱器の後ではな
く、本発明による第２図においては加熱器の前であると
いう重大な相違が、即座に注目されよう。こうして、ヘ
ベラーは、２組のみの被動ロールを使用しそして延伸ロ
ールをアニーリング装置、即ち加熱器の後に位置付ける
ことによつて、アニーリング加熱処理に亙つて延伸張力
を維持している。対照的に、本発明のプロセスは、延伸
段階と、必ずしも同一速度を使用して実施される必要は
ない引き続いてのアニーリング段階との間に明らかな区
別を与え、その結果延伸段階中の張力とは独立して、ア
ニーリング段階中張力を制御することができる。更に、
本発明のプロセスにおいて、アニーリングされたフイラ
メントは、アニーリングの張力を維持しながら、完全に
冷却される。

現存する商用プロセスを、今、第１図に示す模式的な
ブロツク図を参照して、更に詳細に記載する。ヘベラー
の特許、例えば米国特許第第3,044,250号の第１図との
類似性に注目すべきである。本ケースの第１図に示され
たように、全体として11で示された供給部からの非延伸
ナイロン・フイラメントの重いデニールのトウ10は、フ
イラメントが平坦な帯のフイラメントとして延伸機に入
るように配置される。延伸機は、最初に、複合した一組
の送りロール12（ヘベラーのトウ延伸機の第１図に示さ
れたヘベラーの一連の送りロール３に一般的に対応す
る）を具備し、供給部11からトウ10を引き出す。フイラ
メントは、複合した一組の送りロール12と複合した一組
の延伸ロール13（ヘベラーのトウ延伸機の第１図におい
て７として示されたヘベラーの複合した一組の延伸ロー
ルに一般的に対応する）との間で延伸される。延伸ロー
ルは送りロールよりも高速で駆動され、それらの速度の
比は延伸比を反映する。トウは、延伸されたトウとして
延伸ロールの組から平坦な帯として出現し、そして全体
として17で示された送り出し部を通過するが、延伸され
たトウは、所望ならば、例えばヘベラーを含む種々の技
術において記載されたような従来の方式で更に処理され
ることが理解されよう。送りロールの組12と延伸ロール
の組13との間で、フイラメントは、（ヘベラーの第１図
において、それぞれ熱板６と３つの固定されたステンレ
ス鋼の延伸用ピン５として又示された）延伸用ピン15を
通過後、加熱器14を通過する。この技術において開示さ
れたように、しばしばスナツビング・ピン（snubbinh p
in）と呼ばれる延伸用ピンを使用する主な意図は、延伸
点を局限化することである。（80〜90％の延伸が、実
際、延伸用ピンにおいて発生するであろうが、幾らかの
延伸（即ち配向の増大）は、多分、ナイロン・フイラメ
ントが速度の増大にさらされる毎に発生すると考えられ
る。）商用作業において、加熱器14は、事実、ヘベラー
によつて好ましいと示された、炉に続く熱板である。商
用作業において、延伸ロール13は、加熱器14を去つた
後、フイラメントの冷却を制御するために従来の方式で
冷水で冷やされる。

第１図（及びヘベラー）に記載されそして示されたよ
うに、先行技術による延伸プロセスの操作は、第２図の
好ましい実施態様を参照して記載されそして示されるよ
うな本発明による連続延伸及びアニーリング・プロセス
と対照される。

第２図に示すように、非延伸の重いデニールのトウ10
は、例えば第１図に示されたように多かれ少なかれ複合
した一組の送りロール12によつて供給部11から引き出さ
れる。しかし、送りロールの組12を離れた後、トウは、
より高速で駆動される複合した一組の延伸ロール13に直
接に送られる。延伸ロール13の組から、（延伸されてい
ない）トウは、全体として14で示された加熱器に送られ
る。加熱器14から現れる加熱され延伸されたトウは、最
初に、一組の延伸ロール21（第３図にも又示される）
と、次に一組のテンシヨン・ロールに送られ、冷却され
た延伸されたトウとなり、送り出し部17に送られる。第
３図に示すように、熱い延伸されたトウは、フイラメン
トが各個々の冷却ロールと最大周囲接触を達成するよう
に配置され、31,32,33,34,35及び36として個々に示され
た一組の冷却ロールを連続して通過し、そして案内ロー
ル37を通過した後、冷却され延伸されたトウとして冷却
ロール21の組を離れる。冷却され延伸されたトウは、冷
却ロールの組21からテンシヨン・ロールの組22を通過す
るとき、依然として制御された張力の下にあることに注
目すべきである。

こうして、重大な相違は、本発明のプロセスが、延伸
張力下の熱処理（アニーリング）へフイラメントをさら
す代わりに、最初に冷たい延伸段階、そして次に明確に
制御されたアニーリング段階を含むことにある。こうし
て、延伸ロール13は、第２図に示すように、本発明のプ
ロセスにおいて加熱器14より前にある。これに対して、
ヘベラーの延伸ロール７は、加熱器６を通過したトウを
引つ張る。また、第２図に、被動ロール12、13及び22の
３組が示され（冷却ロール21は所望ならば糸で駆動され
得る）、その結果２つのゾーン（延伸及びアニーリン
グ）における速度と張力は、別々に制御され且つ調整さ
れ得る。これに対して、ヘベラーにおいては、フイラメ
ントは延伸張力の下で熱処理にさらされる。別の重大な
相違は、本発明のアニーリングされたフイラメントは、
制御された張力下に依然としてある間に冷却されるが、
ヘベラーにおいては冷却中張力を制御することが教示さ
れていない。

（好ましい）ナイロン66を使用して、以下の実施例に
おいて本発明を更に示すが、物理的特性は、70゜F（乾
球）及び65％の相対湿度で少なくとも２時間フイラメン
トをコンデイシヨニングした後、パツケージから取られ
切断されたトウの単一フイラメントにおいてインストロ
ン試験機で測定した（T₇値は、クランプにおける滑りを
補償するために、8.4％伸び率において読み取られ
た）。詳細は、比較のための基礎として、商用製品に対
して与えられ、そして本発明によつて達成された改良を
示した。

実施例１（第１図に示したプロセスを使用して作られた）商用
製品に対して、（55RVの）66ナイロン・ポリマーが、65
0ypmで紡糸され、そして仕上げが適用された大きなデニ
ールのトウを形成するために組み合わされ、29.6ypmで
送りロールを通つて供給された。それは、送りロールか
ら延伸用ピン上を越えて200℃の熱板へと引つ張られ、
それから165乃至175℃に維持された炉を通過させられ、
3.72×の延伸比を表す110ypmの（延伸ロールにおける）
トウ速度の延伸ロールによつて炉から引き出された。延
伸に続いて、トウは梱包された。

トウを、商用製品に対して記載されたと同一の方法で
本発明のプロセスのために形成し、そしてその後、（第
２図に示すように）、トウを、75.3ypmの速度で送りロ
ール12から延伸ロール13へと通過させ、この場合トウ速
度は275ypmであつた。延伸されたトウを、190℃に維持
された熱板上、そして次に165℃に維持された炉を通過
させた。炉を離れた後、トウを、冷たい冷却ロール21上
を通過させることにより冷却し、そしてテンシヨン・ロ
ール22に送り、この場合糸の速度は3.69×の全延伸比の
ために278ypmであつた。それから延伸（及びアニーリン
グ）されたトウを梱包した。

表１に記載する物理的特性は、上記のようにして調製
されたトウから取られたフイラメントにおいて測定し
た。

こうして、かなり高速の延伸速度を使用したにも拘わ
らず、比較し得る全延伸比において、本発明のプロセス
は、かなり高いT₇を有する繊維を生産することができ
る。対照的に、商用プロセスにおいては、速度は、特性
が劣化し始めるために増加できず、そしてトウは、速度
が130ypmに近付くとき、過度に破断した。110ypmは、商
用プロセスにおいて優れた連続性に対する実際の上限で
あつた。

実施例２実施例２は、本発明のプロセスにおける全延伸比と糸
速度の変化の効果を示すヘベラーの特許に示されたよう
に、重大な考慮は、綿と混合されたナイロン糸のリー積
（Lea product）であつた。表２に記載するリー積値
は、50％ナイロンと50％綿を含む糸にて測定された。比
較のために、表には商用製品に対するデータが含まれて
いる。

この実施例は、プロセスの速度が215ypmから335ypmに
増大したとき（即ち、現存する商用プロセスの速度の約
３倍）でも、商用製品と同等のT₇が、3.65×の全延伸比
を使用することによつて得られることを示す。代替的
に、T₇を、延伸比を増大させることによつて実質的に上
昇させることができる。これは、（約3.8×の延伸比に
おける過度の破損のために）3.72×の延伸比を使用する
商用プロセスに対する実際の選択ではなかつた。2.4〜
2.5のT₇が、商用プロセスに対する実際の上限を示し
た。

表２のデータはまた、商用プロセスからのステープル
を使用することにより得られるのに対して、本発明のプ
ロセスによつて作られたステープルを使用することによ
り得られるリー積の実質的な改良を示す。糸の強度にお
けるこれらの改良は、T₇の値が商用製品のT₇とほぼ同等
のときでさえも、獲得された。

実施例３表３は、アニーリング（本発明のプロセスにおいて熱
処理及びそれに続く冷却の両方）中の張力を変化させる
ために、テンシヨン・ロール22（しばしばアニーリング
・ロールとも呼ばれる）の速度と延伸ロール13の速度と
の間の関係を変化させたときのT₇の値に対する効果を示
す。これは、表３において、AR％、即ちアニーリング
（速度）比としてパーセントで表される。延伸ロール速
度を275ypmに維持し、そして延伸比を、この実施例では
3.65×に維持した。

表３ AR％ T₇ 97 2.4 100 2.7 101 2.9 102 3.1 103 2.8 105 2.5 表３は、アニーリング中の伸び量の小さな変化が、T₇
を改良する上で非常に重要であることを示す。これらの
条件の下において、約101〜103％のAR％が2.75gpdを超
えるT₇を与え、そして約102％のAR％が3gpdを超えるT₇
を与えた。アニーリング・ゾーンにおけるトウ速度は、
好ましくは、延伸ゾーンにおけるトウ速度に少なくとも
等しくあるべきであり、そしてアニーリング・ゾーンに
おける僅かな伸びが特に望ましく、これは比較的驚くべ
きことである。（ヘベラーは、アニーリング張力を別個
に制御せず、熱処理ゾーンの後に延伸ロールを置くこと
により、続くアニーリング中延伸張力を維持した。）実施例４混合糸に対するリー積値の比較を表４に示すが、この
表から、本発明による50％よりも少ないナイロン・ステ
ープル繊維を使用することによつて、（52.5％ナイロン
含有率の）商用糸で獲得される強度に匹敵し更にはより
優れた強度を得ることが可能であることが見られる。こ
れは、幾つかの最終使用と、綿含有率を増大（又はナイ
ロン含有率を減少）させることを好む使用者にとつて望
ましく旦つ重要である。

本発明の主なる特徴及び態様は以下のとおりである。

1.高耐力の強力を有するナイロン・ステープル繊維を製
造する方法であつて、ナイロン・ポリマーをフイラメントに溶融紡糸し、多
数のフイラメントからトウを形成し、トウを延伸及びア
ニーリングに付し、トウを、所望ならば他のステープル
繊維と混合された、紡績糸を形成するために適するステ
ープル繊維に変換する各段階を含み、トウの延伸及びアニーリングは、最初に、一組の送り
ロールと一組の延伸ロールとの間で加熱されていないト
ウを延伸し、続いて、得られるトウをアニーリングする
ことからなる連続作業により実施され、アニーリングは、延伸されたトウが更に別の一組のロ
ールによつて一組の延伸ロールと同じ速度か又はそれよ
りも高い速度で進められることにより、トウを、加熱及
び冷却段階に亙つて制御された張力の下に維持しなが
ら、約145℃乃至約200℃の温度に加熱しそして約80℃よ
りも低い温度に冷却することにより行われることを特徴
とする方法。

2.前記更に別の一組のロールの速度が、延伸ロールの速
度よりも高い上記１に記載の方法。

3.前記更に別の一組のロールの速度が、延伸ロールの速
度の約101乃至103％である上記２に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、現存の商用プロセスにおいて使用されてい
る、即ち、本質的にヘベラーによつて開示されたプロセ
ス作業の流れを示す模式的なブロツク図。第２図は、本発明の好ましい方法によるプロセス段階の
流れの模式的なブロツク図。第３図は、第２図にて説明及び図示された方法において
使用される一組の冷却ロールの側面図。図中、10……トウ、11……供給部、12……送りロール、
13……延伸ロール、14……加熱器、15……延伸用ピン、
17……送り出し部、21……冷却ロール、22……テンシヨ
ン・ロール、31,32,33,34,35,36……冷却ロール、37…
…案内ロール、である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−157321（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−160418（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−254138（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−45614（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高耐力の強力を有するナイロン・ステープ
ル繊維を製造する方法であつて、ナイロン・ポリマーをフイラメントに溶融紡糸し、多数
のフイラメントからトウを形成し、トウを延伸及びアニ
ーリングに付し、トウを、所望ならば他のステープル繊
維と混合された、紡績糸を形成するために適するステー
プル繊維に変換する各段階を含み、トウの延伸及びアニーリングは、最初に、一組の送りロ
ールと一組の延伸ロールとの間で加熱されていないトウ
を延伸し、続いて、得られるトウをアニーリングするこ
とからなる連続作業により実施され、アニーリングは、延伸されたトウが更に別の一組のロー
ルによつて一組の延伸ロールと同じ速度か又はそれより
も高い速度で進められることにより、トウを、加熱及び
冷却段階に亙つて制御された張力の下に維持しながら、
約145℃乃至約200℃の温度に加熱しそして約80℃よりも
低い温度に冷却することにより行われることを特徴とす
る方法。
【請求項２】前記更に別の一組のロールの速度が、延伸
ロールの速度よりも高い特許請求の範囲第１項に記載の
方法。
【請求項３】前記更に別の一組のロールの速度が、延伸
ロールの速度の約101乃至103％である特許請求の範囲第
２項に記載の方法。