JP3133177B2 - Polyethylene naphthalate fiber excellent in heat stability and method for producing the same - Google Patents
Polyethylene naphthalate fiber excellent in heat stability and method for producing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業用の利用分野】本発明は産業用資材、特にタイヤ
コードとして有用な高強度、高弾性率で、かつ熱安定性
に優れたポリエチレンナフタレート繊維およびその製造
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polyethylene naphthalate fiber having high strength, a high modulus of elasticity, and excellent heat stability, which is useful as an industrial material, particularly as a tire cord, and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】ポリエチレンナフタレート繊維は、高強
度、高弾性率および優れた熱寸法安定性を示し、タイヤ
コードを始めとする産業資材分野でポリエチレンテレフ
タレート繊維を凌駕する性能を示すものと期待されてい
る。ポリエチレンテレフタレート繊維については、熱安
定性を向上させ、レーヨンと同等の熱安定性を有する繊
維を得ようとする提案が種々行われている。2. Description of the Related Art Polyethylene naphthalate fiber is expected to exhibit high strength, high modulus of elasticity and excellent thermal dimensional stability, and to outperform polyethylene terephthalate fiber in the field of industrial materials such as tire cords. ing. Regarding polyethylene terephthalate fiber, various proposals have been made to improve the thermal stability and obtain a fiber having the same thermal stability as rayon.
【0003】ポリエチレンナフタレート繊維において
も、熱安定性の向上を目的とした提案がいくつかなされ
ている。例えば、特開昭62―156312号公報に
は、紡糸速度1,500〜6,000m/分の特定の紡
糸延伸条件で、強度が6.5g/de以上、180℃乾
熱収縮率が3%以下、結晶融点が280℃以上である熱
安定性に優れたポリエチレンナフタレート繊維を製造す
ることが記載されている。Some proposals have also been made on polyethylene naphthalate fibers for the purpose of improving thermal stability. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-1561212 discloses that under specific spinning and drawing conditions of spinning speed of 1,500 to 6,000 m / min, the strength is 6.5 g / de or more and the dry heat shrinkage at 180 ° C. is 3%. Hereinafter, the production of a polyethylene naphthalate fiber having a crystal melting point of 280 ° C. or more and having excellent thermal stability is described.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
62―156312号公報に記載されているポリエチレ
ンナフタレート繊維は、結晶融点が285℃と高い場合
には、強度が6.6g/deと低く、逆に強度が7g/
de以上になると、結晶融点が280〜283℃と低く
なるという問題がある。つまり、強度と耐熱性とを、高
レベルで両立させることができない。However, the polyethylene naphthalate fiber described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-156312 has a low strength of 6.6 g / de when the crystal melting point is as high as 285 ° C. On the contrary, strength is 7g /
When the temperature exceeds de, there is a problem that the crystal melting point is lowered to 280 to 283 ° C. In other words, strength and heat resistance cannot be compatible at a high level.
【0005】さらに、特開昭62―156312号公報
に記載されているポリエチレンナフタレート繊維は、乾
熱収縮率で示される熱寸法安定性は良好であるものの、
昇温、荷重下での繊維の伸長に対する熱耐久性が不十分
である。ポリエチレンナフタレート繊維が産業用資材、
特にタイヤコード、ベルト、ホースなどのゴム資材の補
強用繊維として用いられる場合は、通常、昇温下に荷重
を受けるので、昇温、荷重下での伸長に対する熱耐久性
(即ち、耐クリープ性)が必要となる。Further, the polyethylene naphthalate fiber described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-156312 has a good thermal dimensional stability represented by a dry heat shrinkage,
Insufficient heat resistance to elongation of fiber under heating and load. Polyethylene naphthalate fiber is used for industrial materials,
In particular, when used as a reinforcing fiber for rubber materials such as tire cords, belts, hoses, etc., they are generally subjected to a load at elevated temperatures, so they have thermal durability against elongation at elevated temperatures and loads (ie, creep resistance). )Is required.
【0006】本発明は、特にタイヤコード、ベルト、ホ
ースなどのゴム資材の補強用繊維として好適な、高強度
で、かつ耐熱性、熱寸法安定性および熱耐久性に優れた
ポリエチレンナフタレート繊維を提供することを目的と
する。The present invention provides a polyethylene naphthalate fiber having high strength and excellent heat resistance, thermal dimensional stability and heat durability, which is particularly suitable as a reinforcing fiber for rubber materials such as tire cords, belts and hoses. The purpose is to provide.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、エチレン―
2,6―ナフタレート単位を90モル%以上含むポリエ
チレンナフタレートからなり、下記(a)〜(g)を満
足することを特徴とする熱安定性に優れたポリエチレン
ナフタレート繊維である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an ethylene
Polyethylene naphthalate fiber comprising polyethylene naphthalate containing at least 90 mol% of 2,6-naphthalate units and satisfying the following (a) to (g), and having excellent thermal stability.
【0008】(a)極限粘度[η]f≧0.70 (b)強度≧7.0g/de (c)融点≧282℃ (d)180℃での乾熱収縮率≦3.0% (e)120℃でのクリープ率≦4.0% (f)0.2≦R≦0.8 (g)複屈折率(Δn)≧0.31 (ただし、RはX線回折強度の赤道方向の分布曲線にお
いて、ブラッグ反射角2θ=18.7゜のピークと2θ
=15.6゜のピークとの回折強度比である。)(A) Intrinsic viscosity [η] f ≧ 0.70 (b) Strength ≧ 7.0 g / de (c) Melting point ≧ 282 ° C. (d) Dry heat shrinkage at 180 ° C. ≦ 3.0% ( e) Creep rate at 120 ° C. ≦ 4.0% (f) 0.2 ≦ R ≦ 0.8 (g) Birefringence index (Δn) ≧ 0.31 (where R is the equatorial direction of X-ray diffraction intensity) In the distribution curve, the peak of the Bragg reflection angle 2θ = 18.7 ° and 2θ
It is the diffraction intensity ratio with the peak at = 15.6 °. )
【0009】さらに、本発明は、上記ポリエチレンナフ
タレート繊維を製造するに際し、(ア)エチレン―2,
6―ナフタレート単位を90モル%以上含み、かつ極限
粘度が0.75ないし1.00であるポリエチレンナフ
タレートを、溶融紡糸すること、(イ)該溶融紡糸にお
いて、紡糸口金直化に、長さが30cm以上で、雰囲気
温度が紡糸口金温度以上450℃以下の加熱筒を設ける
こと、(ウ)引取速度3,500m/分以上、紡糸ドラ
フト100〜2,000で該溶融紡糸を行ない、複屈折
率が0.22以上の未延伸糸を得ること、(エ)該未延
伸糸を一旦巻取るか、あるいは巻取らずに連続的に延伸
工程に供給して少なくとも1段以上の熱延伸を行なうこ
と、および(オ)引き続いて、200〜250℃の加熱
ローラーと非加熱ローラーとの間で、定長あるいは2%
以下の制限収縮処理を行なった後、巻取ること、からな
ることを特徴とするポリエチレンナフタレート繊維の製
造方法である。Further, the present invention relates to a method for producing the above-mentioned polyethylene naphthalate fiber, wherein (a) ethylene-2,
Melt spinning polyethylene naphthalate containing 6-naphthalate units in an amount of 90 mol% or more and having an intrinsic viscosity of 0.75 to 1.00; (a) in the melt spinning, the length of the spinneret is reduced by straightening; Is provided with a heating cylinder having a temperature of not less than 30 cm and an atmosphere temperature of not less than the spinneret temperature and not more than 450 ° C. (c) The melt spinning is performed at a take-up speed of not less than 3,500 m / min and a spinning draft of 100 to 2,000, and birefringence is performed. To obtain an undrawn yarn having a rate of 0.22 or more; (d) winding the undrawn yarn once, or continuously feeding it to a drawing step without winding to perform at least one step of hot drawing And (e) subsequently, a fixed length or 2% between a heated roller and a non-heated roller at 200 to 250 ° C.
A method for producing a polyethylene naphthalate fiber, comprising winding after performing the following restriction shrinkage treatment.
【0010】本発明でいうポリエチレンナフタレートと
は、エチレン―2,6―ナフタレート単位を90モル%
以上含んでおればよく、10モル%以下の割合で適当な
第3成分を含む共重合体であっても差し支えない。一般
にポリエチレン―2,6―ナフタレートは、ナフタレン
―2,6―ジカルボン酸またはその機能的誘導体を触媒
の存在下で、適当な反応条件の下に重合せしめることに
よって合成される。このとき、ポリエチレン―2,6―
ナフタレートの重合完結前に、適当な1種または2種以
上の第3成分を添加すれば、共重合ポリエチレンナフタ
レートが合成される。The term "polyethylene naphthalate" as used in the present invention means that ethylene-2,6-naphthalate unit is 90 mol%.
A copolymer containing the appropriate third component at a ratio of 10 mol% or less may be used. Generally, polyethylene-2,6-naphthalate is synthesized by polymerizing naphthalene-2,6-dicarboxylic acid or a functional derivative thereof in the presence of a catalyst under appropriate reaction conditions. At this time, polyethylene-2,6-
If one or more appropriate third components are added before the completion of the polymerization of naphthalate, a copolymerized polyethylene naphthalate is synthesized.
【0011】適当な第3成分としては、(a)2個のエ
ステル形成官能基を有する化合物、例えば、シュウ酸、
コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸などの
脂肪族ジカルボン酸;シクロプロパンジカルボン酸、シ
クロブタンジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸な
どの脂環族ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、ナ
フタレン―2,7―ジカルボン酸、ジフェニルジカルボ
ン酸などの芳香族ジカルボン酸;ジフェニルエーテルジ
カルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェ
ノキシエタンジカルボン酸、3,5―ジカルボキシベン
ゼンスルホン酸ナトリウムなどのカルボン酸;グリコー
ル酸、p―オキシ安息香酸、p―オキシエトキシ安息香
酸などのオキシカルボン酸;プロピレングリコール、ト
リメチレングリコール、ジエチレングリコール、テトラ
メチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオ
ペンチレングリコール、p―キシリレングリコール、
1,4―シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノール
A、p,p′―ジフェノキシスルホン―1,4―ビス
(β―ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、2,2―ビス
(p―β―ヒドロキシエトキシフェニル)プロパン、ポ
リアルキレングリコール、p―フェニレンビス(ジメチ
ルシクロヘキサン)などのオキシ化合物、あるいはその
機能的誘導体;前記カルボン酸類、オキシカルボン酸
類、オキシ化合物類またはその機能的誘導体から誘導さ
れる高重合度化合物などや、(b)1個のエステル形成
官能基を有する化合物、例えば、安息香酸、ベンゾイル
安息香酸、ベンジルオキシ安息香酸、メトキシポリアル
キレングリコールなどが挙げられる。Suitable third components include (a) a compound having two ester-forming functional groups, for example, oxalic acid,
Aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, sebacic acid and dimer acid; alicyclic dicarboxylic acids such as cyclopropanedicarboxylic acid, cyclobutanedicarboxylic acid and hexahydroterephthalic acid; phthalic acid, isophthalic acid, naphthalene-2,7 -Aromatic dicarboxylic acids such as dicarboxylic acid and diphenyl dicarboxylic acid; carboxylic acids such as diphenyl ether dicarboxylic acid, diphenyl sulfone dicarboxylic acid, diphenoxyethane dicarboxylic acid, and sodium 3,5-dicarboxybenzene sulfonate; glycolic acid, p-oxy Oxycarboxylic acids such as benzoic acid and p-oxyethoxybenzoic acid; propylene glycol, trimethylene glycol, diethylene glycol, tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, neopentylene glycol Le, p- xylylene glycol,
1,4-cyclohexanedimethanol, bisphenol A, p, p'-diphenoxysulfone-1,4-bis (β-hydroxyethoxy) benzene, 2,2-bis (p-β-hydroxyethoxyphenyl) propane, poly Oxy compounds such as alkylene glycol and p-phenylenebis (dimethylcyclohexane), or functional derivatives thereof; carboxylic acids, oxycarboxylic acids, oxy compounds and high polymerization degree compounds derived from the functional derivatives thereof; b) Compounds having one ester-forming functional group, for example, benzoic acid, benzoylbenzoic acid, benzyloxybenzoic acid, methoxypolyalkylene glycol and the like.
【0012】さらに(c)3個以上のエステル形成官能
基を有する化合物、例えば、グリセリン、ペンタエリス
リトール、トリメチロールプロパンなども、重合体が実
質的に線状である範囲内で使用可能である。Further, (c) a compound having three or more ester-forming functional groups, for example, glycerin, pentaerythritol, trimethylolpropane and the like can be used as long as the polymer is substantially linear.
【0013】また、前記ポリエステル中に、二酸化チタ
ンなどの艶消剤やリン酸、亞リン酸およびそれらのエス
テルなどの安定剤等の添加剤が含まれていてもよいこと
はいうまでもない。Needless to say, the polyester may contain additives such as a matting agent such as titanium dioxide and a stabilizer such as phosphoric acid, phosphorous acid and esters thereof.
【0014】本発明のポリエチレンナフタレート繊維
は、極限粘度[η]fが0.70以上であり、特に、
0.75〜1.0であることが好ましい。本発明でいう
極限粘度[η]fは、繊維をフェノールとオルトジクロ
ロベンゼンとの混合溶媒(容量比6:4)に溶解し、3
5℃で測定した粘度から求めた値である。The polyethylene naphthalate fiber of the present invention has an intrinsic viscosity [η] f of 0.70 or more.
It is preferably from 0.75 to 1.0. The intrinsic viscosity [η] f in the present invention is determined by dissolving the fiber in a mixed solvent of phenol and orthodichlorobenzene (volume ratio 6: 4),
This is a value obtained from the viscosity measured at 5 ° C.
【0015】極限粘度[η]fが0.70未満では、本
発明の目的とする高強度で、かつ耐熱性、熱安定性に優
れたポリエチレンナフタレート繊維を得ることが、実質
上不可能になる。なお、極限粘度[η]fが1.0を越
えるような繊維は、紡糸工程での断糸が多発し製造する
のが難しい。When the intrinsic viscosity [η] f is less than 0.70, it is practically impossible to obtain a high-strength, heat-resistant, and heat-stable polyethylene naphthalate fiber aimed at by the present invention. Become. It should be noted that fibers having an intrinsic viscosity [η] f of more than 1.0 are difficult to manufacture due to frequent breakage in the spinning process.
【0016】また、強度が7g/de未満では、産業資
材として用いたとき、耐久性が劣り好ましくなく、7.
5g/de以上であることが好ましい。If the strength is less than 7 g / de, when used as an industrial material, the durability is inferior, which is not preferable.
It is preferably at least 5 g / de.
【0017】この強度レベルを達成するためには、複屈
折率(Δn)が0.31以上であることが必要であり、
0.32以上がより好ましい。In order to achieve this intensity level, the birefringence (Δn) needs to be 0.31 or more;
0.32 or more is more preferable.
【0018】産業用資材は、優れた熱的特性を持ってい
ることが必要である。一般にポリエチンナフタレート繊
維は、ポリエチンテレフタレート繊維に比較して、耐熱
性、熱安定性に勝るので、その特性を十分に活用できれ
ば、従来よりはるかに優れた産業資材用繊維が得られる
ことになる。Industrial materials are required to have excellent thermal properties. In general, polyethyne naphthalate fiber has better heat resistance and thermal stability than polyethene terephthalate fiber, so if its properties can be fully utilized, a far superior fiber for industrial materials will be obtained. .
【0019】耐熱性の尺度としては、繊維中に存在する
結晶部の融点で表わすことができる。ポリエチレンナフ
タレート繊維を高速紡糸した場合の特徴の一つは、高融
点を有する結晶が得られることで、このことは特公昭5
2―5612号公報などで知られている。紡糸速度3,
500m/分以上の高速で紡糸し、X線回折図形の赤道
方向のパターンから求められるR値が0.2以上の場合
は、結晶の融点を282℃以上、適切な条件を選べば2
85℃以上の高融点とすることができる。結晶の融点が
282℃に達しないと、レーヨンに比較して、耐熱性が
劣ることになる。As a measure of heat resistance, it can be expressed by the melting point of the crystal part present in the fiber. One of the characteristics of high-speed spinning of polyethylene naphthalate fiber is that crystals having a high melting point are obtained.
It is known from Japanese Patent Publication No. 2-5612. Spinning speed 3,
When the spinning is performed at a high speed of 500 m / min or more and the R value obtained from the equatorial pattern of the X-ray diffraction pattern is 0.2 or more, the melting point of the crystal is 282 ° C. or more, and 2
It can have a high melting point of 85 ° C. or higher. If the melting point of the crystal does not reach 282 ° C., the heat resistance will be inferior to rayon.
【0020】熱安定性の尺度としては、180℃での乾
熱収縮率で代表される熱寸法安定性および120℃での
クリープ率で代表される熱耐久性が挙げられる。乾熱収
縮率は3.0%以下であることが必要であり、2.5%
以下がより好ましい。乾熱収縮率が3%を越えると、レ
ーヨンに比較して熱寸法安定性が劣ってくる。The scale of thermal stability includes thermal dimensional stability represented by the dry heat shrinkage at 180 ° C. and thermal durability represented by the creep rate at 120 ° C. The dry heat shrinkage must be 3.0% or less, and 2.5%
The following is more preferred. When the dry heat shrinkage exceeds 3%, the thermal dimensional stability is inferior to rayon.
【0021】120℃でのクリープ率は、昇温、荷重下
での伸長に対する繊維の抵抗性を示すもので、実際に繊
維が産業用資材として用いられる場合の重要なファクタ
ーである。本発明のポリエチレンナフタレート繊維にお
いては、120℃、2.5g/de荷重下でのクリープ
率が4.0%以下であることが必要である。このクリー
プ率が4.0%を越えると、昇温、荷重下での耐久性
が、レーヨンに比較して劣ってくる。X線回折曲線から
求められるR値が0.8を越えると、結晶の融点は29
0℃程度と高いにもかかわらず、クリープ率は4%を越
える。The creep rate at 120 ° C. indicates the resistance of the fiber to elongation under heating and load, and is an important factor when the fiber is actually used as an industrial material. In the polyethylene naphthalate fiber of the present invention, the creep rate at 120 ° C. under a load of 2.5 g / de must be 4.0% or less. If the creep rate exceeds 4.0%, the durability under temperature rise and load becomes inferior to rayon. When the R value obtained from the X-ray diffraction curve exceeds 0.8, the melting point of the crystal becomes 29
Despite being as high as 0 ° C., the creep rate exceeds 4%.
【0022】ここで注意しなければならないのは、乾熱
収縮率とクリープ率とは、通常2律背反的性格のもので
あり、乾熱収縮率が低いときは、クリープ率が高くなる
ことである。It should be noted here that the dry heat shrinkage and the creep rate are generally of the opposite nature, and that when the dry heat shrinkage is low, the creep rate increases. is there.
【0023】上記のような特性を両立するためには、微
細構造的に結晶の完全性が高いことが必要であり、結晶
の融点が282℃以上である必要がある。このように、
耐熱性、熱寸法安定性および熱耐久性の3つが互いに影
響し合っているものであり、このことは本発明において
はじめて見出されたものである。In order to achieve both of the above characteristics, it is necessary that the crystal has high microstructural integrity and that the melting point of the crystal be 282 ° C. or higher. in this way,
Heat resistance, thermal dimensional stability, and thermal durability influence each other, and this is the first finding of the present invention.
【0024】このようなポリエチレンナフタレート繊維
を製造するには、エチレン2,6―ナフタレート単位を
90モル%以上含み、かつ、極限粘度が0.75ないし
1.00であるポリエチレンナフタレートを3,500
m/分以上の引取速度で溶融紡糸する。In order to produce such a polyethylene naphthalate fiber, polyethylene naphthalate containing at least 90 mol% of ethylene 2,6-naphthalate units and having an intrinsic viscosity of 0.75 to 1.00 is prepared by adding 3,3 500
Melt spin at a take-up speed of at least m / min.
【0025】この際、紡糸口金直下に、遅延冷却を行う
ために加熱筒を設置する。ポリエチレンナフタレート樹
脂は、特に極限粘度が0.75以上のような高重合度の
場合、溶融粘度が非常に大であり、このため紡糸口金温
度を適度に高くして、溶融粘度を下げる必要があること
は言うまでもないが、口金下の冷却を遅らせ、吐出糸条
が、紡糸ドラフトにより急激に配向化することを避けね
ばならない。このために、加熱筒は必須であり、さらに
その長さも長い方が好ましい。本発明者らの検討では、
加熱筒を高温にし、かつ加熱筒の長さを長くすると、吐
出糸条が密着し、時には断糸に至る場合も有り得るが、
少なくとも30cm以上の長さの加熱筒を設置すること
が必要である。At this time, a heating cylinder is provided immediately below the spinneret for performing delayed cooling. Polyethylene naphthalate resin has a very high melt viscosity, especially when the intrinsic viscosity is as high as 0.75 or more, so it is necessary to lower the melt viscosity by setting the spinneret temperature appropriately. Needless to say, the cooling beneath the spinneret must be delayed to prevent the discharged yarn from being rapidly oriented by the spinning draft. For this reason, the heating cylinder is indispensable, and it is more preferable that the length is long. In the study of the present inventors,
If the heating cylinder is heated to a high temperature and the length of the heating cylinder is lengthened, the discharge yarns may adhere to each other, sometimes leading to thread breakage.
It is necessary to install a heating cylinder having a length of at least 30 cm or more.
【0026】加熱筒の温度は、紡糸口金温度以上、45
0℃以下の雰囲気温度に保持する必要がある。高速紡糸
下に高強度繊維を得るためには、低配向未延伸糸が必要
であるが、このためには少なくとも口金下での遅延冷却
が必須である。口金直下に設けた加熱筒の温度が紡糸口
金温度未満になると、遅延冷却というよりはむしろ保温
による徐冷となり、高強度繊維が得難くなる。逆に、加
熱筒温度が450℃を越えると、糸搖れが大きくなり、
ひどい場合は単糸間の密着が発生するなど、紡糸調子が
悪化する。加熱筒の長さについても同様に、30cm未
満では充分な遅延冷却効果が得られない。ここで注意し
なければならないのは、ここで特定した加熱筒の温度お
よび長さの条件の範囲内でも、紡糸溶融温度が高すぎた
り、紡糸口金の孔間の距離が不適切であったりすると、
紡糸調子が低下したり、場合によっては単糸間の密着が
発生する場合も有り得るので、適切な紡糸条件を選ぶ必
要がある。The temperature of the heating cylinder is equal to or higher than the temperature of the spinneret;
It is necessary to maintain the temperature at 0 ° C. or lower. In order to obtain a high-strength fiber under high-speed spinning, a low-orientation undrawn yarn is required. For this purpose, at least delayed cooling under a die is essential. When the temperature of the heating cylinder provided immediately below the spinneret is lower than the spinneret temperature, slow cooling is performed by heat retention rather than delayed cooling, and it becomes difficult to obtain high-strength fibers. Conversely, if the heating cylinder temperature exceeds 450 ° C, the yarn sway will increase,
In severe cases, the spinning condition deteriorates, for example, adhesion between single yarns occurs. Similarly, if the length of the heating cylinder is less than 30 cm, a sufficient delayed cooling effect cannot be obtained. It should be noted that, even within the range of temperature and length conditions of the heating cylinder specified here, if the spinning melting temperature is too high or the distance between the holes of the spinneret is inappropriate. ,
It is possible that the spinning condition may be lowered, and in some cases, the adhesion between the single yarns may occur. Therefore, it is necessary to select appropriate spinning conditions.
【0027】紡糸ドラフトは、紡糸巻取速度(紡糸速
度)と紡糸吐出線速度の比として定義され、下記式で表
わされる。 紡糸ドラフト=πD2 V/4W (式中Dは口金の孔径を、Vは紡糸引取速度を、Wは単
孔あたりの体積吐出量を示す。)紡糸ドラフトが100
未満になると、紡出糸条の張力が過小で、糸搖れが大に
なったり、ひいては糸条の断糸が発生する場合もある。
逆に、紡糸ドラフトが2,000を越えると、糸条の断
糸が発生したり、発生しなくとも紡糸調子が低下する。The spinning draft is defined as the ratio between the spinning speed (spinning speed) and the spinning discharge linear speed, and is expressed by the following equation. Spinning draft = πD 2 V / 4W (where D represents the hole diameter of the die, V represents the spinning take-off speed, and W represents the volume discharge per single hole).
If it is less than the above, the tension of the spun yarn may be too small, the yarn sway may be large, and the yarn may be broken.
Conversely, if the spinning draft exceeds 2,000, thread breakage of the yarn may occur, or the spinning condition may decrease even if it does not occur.
【0028】本発明で特定する物性を有するポリエチレ
ンナフタレート繊維を得るには、上記のように口金下に
加熱筒を設置し、遅延冷却を行うことが前提になるが、
紡糸未延伸糸の複屈折率(Δn)が0.22以上である
ことが、もう一つの重要な要件である。紡糸速度が50
0m/分のように低くて、複屈折率(Δn)が0.22
に達しない場合は、高強度、高弾性率繊維は得られ易い
が、熱寸法安定性、耐熱性が劣ったものとなってしま
う。紡糸速度が2,000〜3,000m/分の、いわ
ゆるPOY領域になると、紡糸過程で繊維構造は発達し
ていないが、微結晶の核が多数発生して、この核が結晶
化し易いため、延伸性を阻害し、低強度の糸条しか得ら
れない。むしろ、紡糸速度をさらに大とし、紡糸過程で
繊維構造を発達させておいた方が、高強度の糸条が得ら
れる。このためには、紡糸速度を3,500m/分以上
とし、未延伸の複屈折率(Δn)を0.22以上にして
おくことが必要である。In order to obtain the polyethylene naphthalate fiber having the physical properties specified in the present invention, it is premised that a heating cylinder is placed below the base and delayed cooling is performed as described above.
Another important requirement is that the birefringence (Δn) of the unspun yarn is 0.22 or more. Spinning speed is 50
0 m / min and a birefringence (Δn) of 0.22
When the temperature does not reach, high strength and high modulus fibers are easily obtained, but the thermal dimensional stability and heat resistance are inferior. When the spinning speed is in the so-called POY region of 2,000 to 3,000 m / min, the fiber structure has not developed in the spinning process, but a large number of microcrystal nuclei are generated and the nuclei are easily crystallized. The drawability is impaired, and only a low-strength yarn can be obtained. Rather, if the spinning speed is further increased and the fiber structure is developed during the spinning process, a high-strength yarn can be obtained. For this purpose, it is necessary to set the spinning speed to 3,500 m / min or more and the undrawn birefringence (Δn) to 0.22 or more.
【0029】このようにして得られた未延伸糸は、結晶
の完全性が十分でなく、強度も十分ではないうえ、特に
熱耐久性が不十分なので、少なくとも1段以上の延伸を
行う必要がある。延伸温度は150℃以上であれば良
い。なお、延伸は、紡糸引取ロールから一旦捲き取っ
て、いわゆる別延伸法で延伸しても、あるいは紡糸引取
ロールから直接連続的に延伸工程に未延伸糸を供給する
いわゆる直延伸法で延伸しても差し支えない。このと
き、延伸倍率は、X線回折強度曲線から求められるR値
が0.2以上、0.8以下になるように設定する必要が
ある。R値が0.8を越えると、繊維構造の発達が不十
分なため、クリープ率が大になり、熱耐久性が悪化す
る。また、R値を0.2未満とするには、過大な延伸倍
率が必要となるため、延伸調子が悪化したり、また、延
伸されても低伸度となり、タフネスが低下し、更には熱
寸法安定性が低下する。The unstretched yarn thus obtained does not have sufficient crystal integrity and strength, and also has insufficient heat durability. Therefore, it is necessary to stretch at least one step. is there. The stretching temperature may be 150 ° C. or higher. Note that the drawing is performed by once winding from a spinning take-up roll and drawing by a so-called separate drawing method, or by drawing directly from a spinning take-up roll directly by a so-called straight drawing method of supplying an undrawn yarn to a drawing step. No problem. At this time, the stretching ratio needs to be set so that the R value obtained from the X-ray diffraction intensity curve is 0.2 or more and 0.8 or less. When the R value exceeds 0.8, the fiber structure is insufficiently developed, so that the creep rate increases and the heat durability deteriorates. Further, in order to reduce the R value to less than 0.2, an excessive stretching ratio is required, so that the stretching condition is deteriorated, or the stretched material has a low elongation, and the toughness is reduced. Dimensional stability decreases.
【0030】延伸後、熱セットを行うことが、熱安定性
向上の観点から必要である。熱セットは200〜250
℃の加熱ロールを用いて、定長あるいは2%以下の制限
収縮下で行い、しかる後捲き取る。定長を越える緊張状
態、つまり延伸状態で熱セトを行うと、糸条の熱寸法安
定性が低下する。また、制限収縮が2%を越える状態で
熱セットした場合は、糸条の熱耐久性が劣ったものにな
る。After stretching, heat setting is necessary from the viewpoint of improving thermal stability. Heat set 200-250
Using a heating roll at a constant temperature or under a limited shrinkage of 2% or less, the film is wound up. When the heat set is performed in a tension state exceeding the fixed length, that is, in a drawn state, the thermal dimensional stability of the yarn is reduced. Further, when heat setting is performed in a state where the limited shrinkage exceeds 2%, the thermal durability of the yarn becomes poor.
【0031】本発明のポリエチレンナフタレート繊維を
ゴム補強用コードとして使用する場合は、例えば次のよ
うな方法を使用することができる。すなわち、該延伸糸
を撚係数K=T・D1/2 (Tは10cm当りの撚数、D
は撚糸コードの繊度)が990〜2,500で合撚糸し
て撚糸コードとなし、該コードを接着剤処理に引き続き
230〜270℃で熱処理する。この際、実質的に延伸
が起こらない条件で熱処理することが好ましい。本発明
のポリエチレンナフタレート繊維から得られるコード
は、荷重が2g/deの時の中間伸度と180℃での乾
熱収縮率との和が4.5以下であり、高弾性率であると
共に、熱安定性に極めて優れている。さらに、本発明の
ポリエチレンナフタレート繊維からなるコードは、強度
5.8g/de以上であり、また、ゴム構造物中におい
ても従来のゴム補強用ポリエチレンテレフタレートコー
ドに比して、耐熱性および耐疲労性が著しく改善されて
いる。When the polyethylene naphthalate fiber of the present invention is used as a rubber reinforcing cord, for example, the following method can be used. That is, the drawn yarn is formed by twisting coefficient K = T · D 1/2 (T is the number of twists per 10 cm, D
Is twisted at 990 to 2,500 to form a twisted cord, and the cord is heat-treated at 230 to 270 ° C. following the adhesive treatment. At this time, it is preferable to perform the heat treatment under the condition that the stretching does not substantially occur. The cord obtained from the polyethylene naphthalate fiber of the present invention has a high elastic modulus with a sum of an intermediate elongation at a load of 2 g / de and a dry heat shrinkage at 180 ° C. of 4.5 or less. It is extremely excellent in thermal stability. Further, the cord made of the polyethylene naphthalate fiber of the present invention has a strength of 5.8 g / de or more, and has a higher heat resistance and fatigue resistance even in a rubber structure as compared with the conventional polyethylene terephthalate cord for rubber reinforcement. The properties have been significantly improved.
【0032】以下、実施例で本発明を更に詳細に説明す
る。なお、実施例、比較例における各特性値は、以下の
方法で測定した。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. In addition, each characteristic value in an Example and a comparative example was measured by the following method.
【0033】(1)強度、伸度 JIS L 1013に準拠して、サンプル長20c
m、伸長速度100%/分にて測定した。(1) Strength, elongation According to JIS L 1013, sample length 20c
m, and the elongation rate was 100% / min.
【0034】(2)乾熱収縮率 JIS L 1013B法(フィラメント収縮率)に準
拠し、180℃で30分間の収縮率を求めた。(2) Dry Heat Shrinkage The shrinkage at 180 ° C. for 30 minutes was determined in accordance with JIS L 1013B method (filament shrinkage).
【0035】(3)融点 理学電機(株)製THERMOFLEX TAS20型
示差熱量計を用い、窒素雰囲気中、試料量10mg、昇
温速度10℃/分でDSC曲線を求め、吸熱ピークの温
度を融点とした。(3) Melting point Using a THERMOFLEX TAS20 type differential calorimeter manufactured by Rigaku Corporation, a DSC curve was obtained in a nitrogen atmosphere at a sample amount of 10 mg at a heating rate of 10 ° C./min. did.
【0036】(4)極限粘度[η] 樹脂あるいは繊維をフェノールとオルトジクロロベンゼ
ンとの混合溶媒(容量比6:4)に溶解し、35℃で測
定した粘度から求めた。(4) Intrinsic viscosity [η] Resin or fiber was dissolved in a mixed solvent of phenol and orthodichlorobenzene (volume ratio: 6: 4) and determined from the viscosity measured at 35 ° C.
【0037】(5)広角X線R値 繊維試料についてのX線回折図の赤道方向スキャン曲線
において、ブラッグ反射角2θ=18.7゜と2θ=1
5.6゜との相対回折強度をRと名付け、下記式によっ
て算出した。(5) Wide-angle X-ray R value In the equatorial scan curve of the X-ray diffraction diagram of the fiber sample, the Bragg reflection angles 2θ = 18.7 ° and 2θ = 1
The relative diffraction intensity with 5.6 ° was designated as R, and was calculated by the following equation.
【0038】[0038]
【数1】 (Equation 1)
【0039】ただし、Ic18.7゜およびIc15.
6゜は、それぞれ繊維のX線回折強度分布曲線(赤道方
向)におけるブラッグ反射角2θ=18.7゜および2
θ=15.6゜での回折強度(曲線のピークの高さ)、
Ia18.7゜およびIa15.6゜はそれぞれ非晶に
よるX線回折強度分布曲線におけるブラッグ反射角2θ
=18.7゜および2θ=15.6゜での回折強度(曲
線のピークの高さ)を表わし、特公昭52―5612号
公報記載の方法に準じて測定した。However, Ic18.7 ゜ and Ic15.
6 ° are the Bragg reflection angles 2θ = 18.7 ° and 2 in the X-ray diffraction intensity distribution curve (equatorial direction) of the fiber, respectively.
diffraction intensity at θ = 15.6 ° (peak height of curve),
Ia18.7 ° and Ia15.6 ° are the Bragg reflection angles 2θ in the X-ray diffraction intensity distribution curve of the amorphous, respectively.
= 18.7 ° and the diffraction intensity at 2θ = 15.6 ° (the height of the peak of the curve) and was measured according to the method described in JP-B-52-5612.
【0040】(6)複屈折率(Δn) ベレックのコンペンセンターを用いて、リターデーショ
ン法にて求めた(詳細については共立出版「高分子実験
学講座、高分子の物性II参照)。(6) Birefringence (Δn) The birefringence was determined by a retardation method using a Bellec compensating center (for details, see Kyoritsu Shuppan “Lecture on Experimental Polymers, Physical Properties II of Polymers”).
【0041】(7)クリープ率(Cr) 室温で2.5g/deの荷重を繊維に加え、120℃に
昇温後、荷重下に2時間保持し、クリープさせた後、荷
重下に降温、しかる後除重し、クリープテスト前後の繊
維長の変化からクリープ率を求めた。なお、ここで除重
時とは、0.2g/deの小荷重をかけた状態をいう。(7) Creep rate (Cr) A load of 2.5 g / de was applied to the fiber at room temperature, the temperature was raised to 120 ° C., the temperature was maintained for 2 hours under the load, and after creeping, the temperature was lowered under the load. Thereafter, the weight was removed, and the creep rate was determined from the change in the fiber length before and after the creep test. Here, the term “when unloading” means a state where a small load of 0.2 g / de is applied.
【0042】(8)耐熱強力維持率 耐熱強力は、生コードをRFL接着液に浸漬し、張力下
245℃で2分間熱処理し、この処理コードを加硫モー
ルド中に埋め込み、170℃、圧力50kg/cm2 で
120分間促進加硫した後、処理コードを取り出して強
力を測定した。生コード強力に対するこの処理コードの
強力の割合をもって耐熱強力維持率とし、75%以上を
合格とした。なお、通常のポリエチレンテレフタレート
コードの耐熱強力維持率は50〜60%であった。(8) Heat-resistant strength retention rate The heat-resistant strength is determined by immersing a raw cord in an RFL adhesive solution, heat-treating it at 245 ° C. for 2 minutes under tension, embedding the treated cord in a vulcanization mold, 170 ° C., and a pressure of 50 kg. After accelerated vulcanization at / cm 2 for 120 minutes, the treated cord was taken out and the strength was measured. The ratio of the strength of the treated cord to the strength of the raw cord was regarded as the heat resistant strength maintenance rate, and 75% or more was regarded as acceptable. In addition, the heat resistant strength retention rate of the normal polyethylene terephthalate cord was 50 to 60%.
【0043】[0043]
【実施例1〜7、比較例1〜9】極限粘度0.87のポ
リエチレン―2,6―ナフタレートチップを、孔数25
0ホール、孔径0.50mmの円形紡糸孔(L/D=
2)を有する紡糸口金から紡糸口金温度318℃にて吐
出し、ドラフト、紡糸速度並びに口金直下に設置した加
熱筒の温度および長さを表1に記載するように変更して
紡糸をおこなった。さらに、加熱筒の直下から長さ45
cmにわたって、20℃の冷却風を3.5Nm/分の流
量で吹き付けて、糸条の冷却をおこなった。その後、オ
イリングロールにて油剤を付与した後、引取ロールに導
き、巻取機で巻取った。この未延伸糸の極限粘度は、
0.75〜0.77の範囲内であり、複屈折率(Δn)
は表1に示す通りであった。得られた未延伸糸に1%の
プリテンションをかけた後、200m/分の周速で回転
する155℃の加熱供給ロール(FR)と第1段延伸ロ
ール(1R)との間で第一段延伸(倍率DR1)を行
い、次いで200℃に加熱した第1段延伸ロールと第2
段延伸ロール(2R)との間で第2段延伸(倍率DR
2)を行った。さらに、熱セット工程として第2段延伸
ロール(2R)を220℃に加熱し、非加熱の引取ロー
ル(WR)との間で収縮熱セット(倍率DR3)を行っ
た後、巻取機に巻き取った。第1段延伸倍率(DR1)
は1段延伸時の最高延伸倍率の0.85倍とした。倍率
DR1,DR2,DR3は、表1に示すように変更し
た。Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 9 A polyethylene-2,6-naphthalate chip having an intrinsic viscosity of 0.87 was prepared by adding 25 holes.
0 hole, 0.50 mm diameter circular spinning hole (L / D =
The mixture was discharged from the spinneret having step 2) at a spinneret temperature of 318 ° C., and the spinning was performed while changing the draft, the spinning speed, and the temperature and length of the heating cylinder installed immediately below the spinneret as shown in Table 1. Furthermore, a length of 45 from immediately below the heating cylinder
The yarn was cooled by blowing cooling air at 20 ° C. at a flow rate of 3.5 Nm / min over cm. Then, after applying an oil agent with an oiling roll, it was led to a take-up roll and wound up by a winder. The intrinsic viscosity of this undrawn yarn is
In the range of 0.75 to 0.77, and the birefringence (Δn)
Was as shown in Table 1. After applying 1% pretension to the obtained undrawn yarn, the first undrawn yarn is moved between a 155 ° C. heating supply roll (FR) rotating at a peripheral speed of 200 m / min and a first-stage drawing roll (1R). Step stretching (magnification DR1) is performed, and then the first-stage stretching roll heated to 200 ° C. and the second
Second-stage stretching with a two-stage stretching roll (2R) (magnification DR
2) was performed. Further, as a heat setting step, the second-stage stretching roll (2R) is heated to 220 ° C., and shrink heat setting (magnification DR3) is performed with the unheated take-up roll (WR), and then wound around a winder. I took it. First stage draw ratio (DR1)
Was set to 0.85 times the maximum stretching ratio in one-stage stretching. Magnifications DR1, DR2, DR3 were changed as shown in Table 1.
【0044】[0044]
【表1】 [Table 1]
【0045】得られた延伸糸の物性は、表2に示す通り
であった。The physical properties of the obtained drawn yarn were as shown in Table 2.
【0046】[0046]
【表2】 [Table 2]
【0047】得られた延伸糸に400回/mのZ撚を与
えた後、これを2本合わせて400回/mのS撚を与え
て、1500de×2本の生コードとした。この生コー
ドを接着剤(RFL)液に浸漬し、245℃で2分間緊
張熱処理した。このコードの特性およびゴム中に埋込ん
で加硫した後の耐熱強力維持率を測定した。この結果
は、表3に示す通りであった。After giving 400 twists / m of Z twist to the obtained drawn yarn, two of them were combined to give 400 twists / m of S twist to obtain 1500de × 2 raw cords. The raw cord was immersed in an adhesive (RFL) solution and subjected to a tension heat treatment at 245 ° C. for 2 minutes. The properties of this cord and the heat retention strength after embedding it in rubber and vulcanizing it were measured. The results were as shown in Table 3.
【0048】[0048]
【表3】 [Table 3]
【0049】なお、比較例9ではポリエチレンナフタレ
ートチップの極限粘度を0.68とし、紡糸口金温度は
312℃とした。この繊維の極限粘度[η]fは、0.
62であった。In Comparative Example 9, the intrinsic viscosity of the polyethylene naphthalate chips was 0.68, and the spinneret temperature was 312 ° C. The intrinsic viscosity [η] f of this fiber is 0.
62.
【0050】これらの結果から明らかなように、本発明
のポリエチレンナフタレート繊維(実施例1〜7)は、
高強度でかつ耐熱性、熱寸法安定性および熱耐久性(耐
クリープ性)に優れているが、紡糸速度が3500m/
分未満の場合(比較例1〜3)は、耐熱性、熱寸法安定
性、熱耐久性のすべてが劣っている。また、R値が0.
8を越えた場合(比較例4)は熱耐久性が悪くなり、逆
に0.2未満の場合(比較例5)は、タフネスが低下
し、熱寸法安定性が不良となる。更に、加熱筒の長さが
30cm未満の場合(比較例6)は、十分な遅延冷却が
行えず、高強度繊維が得られない。また、延伸後、制限
収縮が2%を越える状態で熱セットした場合(比較例
7)は熱耐久性が悪くなる。更に、高速紡糸を行って延
伸を行わない場合(比較例8)および繊維の極限粘度が
0.70未満の場合(比較例9)は、いずれも高速強度
繊維が得られず、熱耐久性も劣ったものとなる。As apparent from these results, the polyethylene naphthalate fiber of the present invention (Examples 1 to 7)
High strength and excellent heat resistance, thermal dimensional stability and thermal durability (creep resistance), but the spinning speed is 3500 m /
In the case of less than 1 minute (Comparative Examples 1 to 3), all of heat resistance, thermal dimensional stability and thermal durability are inferior. When the R value is 0.
When the value exceeds 8 (Comparative Example 4), the thermal durability deteriorates. On the other hand, when the value is less than 0.2 (Comparative Example 5), the toughness decreases and the thermal dimensional stability becomes poor. Further, when the length of the heating cylinder is less than 30 cm (Comparative Example 6), sufficient delayed cooling cannot be performed, and a high-strength fiber cannot be obtained. Further, when heat setting is performed in a state where the limited shrinkage exceeds 2% after stretching (Comparative Example 7), the heat durability is deteriorated. Further, in the case where high-speed spinning was performed and stretching was not performed (Comparative Example 8) and the case where the intrinsic viscosity of the fiber was less than 0.70 (Comparative Example 9), high-speed strength fibers were not obtained, and heat durability was low. It will be inferior.
【0051】[0051]
【発明の効果】本発明によれば、高強度で、かつ耐熱
性、熱寸法安定性および熱耐久性(耐クリープ性)に優
れたポリエチレンナフタレート繊維を提供することがで
き、特に、タイヤコードやベルト材などの産業資材用補
強繊維として好適な繊維を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a polyethylene naphthalate fiber having high strength and excellent in heat resistance, thermal dimensional stability and heat durability (creep resistance). Suitable fibers can be provided as reinforcing fibers for industrial materials such as rubber and belt materials.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特許2954391(JP,B2) 特公 昭52−4651(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D01F 6/62 301 - 306 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References Patent 2954391 (JP, B2) Japanese Patent Publication No. 52-4651 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) D01F 6/62 301-306
Claims (2)
90モル%以上含むポリエチレンナフタレートからな
り、下記(a)〜(g)を満足することを特徴とする熱
安定性に優れたポリエチレンナフタレート繊維。 (a)極限粘度[η]f≧0.70 (b)強度≧7.0g/de (c)融点≧282℃ (d)180℃での乾熱収縮率≦3.0% (e)120℃でのクリープ率≦4.0% (f)0.2≦R≦0.8 (g)複屈折率(Δn)≧0.31 (ただし、RはX線回折強度の赤道方向の分布曲線にお
いて、ブラッグ反射角2θ=18.7゜のピークと2θ
=15.6゜のピークとの回折強度比である。)1. A polyethylene naphthalate having excellent thermal stability, comprising polyethylene naphthalate containing at least 90 mol% of an ethylene-2,6-naphthalate unit and satisfying the following (a) to (g): fiber. (A) Intrinsic viscosity [η] f ≧ 0.70 (b) Strength ≧ 7.0 g / de (c) Melting point ≧ 282 ° C. (d) Dry heat shrinkage at 180 ° C. ≦ 3.0% (e) 120 Creep at ≤ 4.0% (f) 0.2 ≤ R ≤ 0.8 (g) Birefringence (Δn) ≥ 0.31 (where R is the distribution curve of X-ray diffraction intensity in the equator direction) At the peak of the Bragg reflection angle 2θ = 18.7 ° and 2θ
It is the diffraction intensity ratio with the peak at = 15.6 °. )
ト繊維を製造するに際し、 (ア)エチレン―2,6―ナフタレート単位を90モル
%以上含み、かつ極限粘度が0.75ないし1.00で
あるポリエチレンナフタレートを、溶融紡糸すること、 (イ)該溶融紡糸において、紡糸口金直化に、長さが3
0cm以上で、雰囲気温度が紡糸口金温度以上450℃
以下の加熱筒を設けること、 (ウ)引取速度3,500m/分以上、紡糸ドラフト1
00〜2,000で該溶融紡糸を行ない、複屈折率が
0.22以上の未延伸糸を得ること、 (エ)該未延伸糸を一旦巻取るか、あるいは巻取らずに
連続的に延伸工程に供給して少なくとも1段以上の熱延
伸を行なうこと、および (オ)引き続いて、200〜250℃の加熱ローラーと
非加熱ローラーとの間で、定長あるいは2%以下の制限
収縮処理を行なった後、巻取ること、からなることを特
徴とするポリエチレンナフタレート繊維の製造方法。2. The method for producing the polyethylene naphthalate fiber according to claim 1, wherein (a) an ethylene-2,6-naphthalate unit is contained in an amount of 90 mol% or more and the intrinsic viscosity is 0.75 to 1.00. Melt-spinning polyethylene naphthalate; (a) in the melt-spinning, a length of 3
0cm or more, ambient temperature is 450 ° C or higher than spinneret temperature
(C) Take-up speed of 3,500 m / min or more, spinning draft 1
The melt-spinning is performed at 00 to 2,000 to obtain an undrawn yarn having a birefringence of 0.22 or more. (D) The undrawn yarn is wound once or continuously drawn without winding. Supplying at least one step of thermal stretching by supplying to the step; and (e) subsequently performing a fixed length or limited shrinkage treatment of 2% or less between a heated roller and a non-heated roller at 200 to 250 ° C. A method for producing a polyethylene naphthalate fiber, which is performed and then wound.
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1992
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