JP3281112B2 - ポリアミド繊維の製造法 - Google Patents

ポリアミド繊維の製造法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はポリアミド繊維、例えば
ポリヘキサメチレンアジパミド繊維、ポリε−カプロア
ミド繊維等の紡糸法に関する。更に、詳しくは、繊維の
マクロ的構造欠陥、例えば、毛羽の少ない、しかも潜在
的にタフネスの向上を期待しうるポリアミド繊維の紡糸
法を提供するものであり、ゴム補強用のタイヤコード、
ベルトコード等やコンピューターリボン用途、エアーバ
ッグ基布用途、衣料用途等に用いられるポリアミド繊
維、特にポリヘキサメチレンアジパミド繊維に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロ
ン66)繊維は、強度、タフネス、耐熱性、染色性、発
色性等に優れているため、産業資材用、インテリア寝装
用、衣料用繊維として幅広く使用されている。特に強
度、タフネス、耐熱性、ゴムとの接着性等が優れている
ため、タイヤコード用繊維やエアーバッグ用繊維として
広く使用されている。いずれの場合にも製織、製編段階
での加工特性の良否は原糸段階での繊維構造のマクロな
均一性にかかっている。また、原糸が最終製品に至るま
でに受ける物理処理、物理化学処理に対する繊維構造的
追従性の良否は最終製品の耐久性にも影響する。この点
において原糸段階で要求されるのは、分子鎖の充填密度
の均一な無定形分率の絶対的な増大である。
【0003】繊維構造のマクロな均一性が劣った場合に
は、毛羽として現れることが多い。これは、紡口から出
てきたポリマーメルトが冷却を受け、引取りロールに捲
取られ、次のロール間で受ける延伸操作によって、繊維
の統計的な構造歪部分に存在するミクロフィブリルまた
はミクロフィブリル束が切断することが基本的原因と考
えられる。ここで構造歪部分とは具体的にはいわゆる球
晶部分であり、これを小さくするには、過冷却温度を大
きくとることに尽きる。かかる過冷却温度を大きくとる
ために従来の技術では、吐出されたポリマーメルトの温
度を上げる、また、ポリマーメルトに与える冷風温度を
下げる、冷風速度を上げる、与える冷風を円周方向から
均一に与える等の方法が用いられ、又、一方向から冷風
を与える場合は、ポリマーメルトが吐出される紡口配列
を最適化する、単糸デニールを下げるなどで対応してき
た。これらの方法では、球晶の減少に依り、無定形部分
に収容される分子鎖の分率も必然的に増加する。しか
し、現在工業的に採用されている引取りロール温度をポ
リマーのガラス転移点(ポリアミドでは65℃近傍)に
設定する、いわゆる冷延伸法を用いた場合、これらの方
法だけでは無定形領域に存在する分子鎖を均一に引伸ば
し、均一凝集構造を得るには程遠いのが現状である。特
に、ポリマーメルト温度を上げると、ポリマーの分解の
問題がつきまとう。
【0004】他方、分子鎖の充填密度の均一な無定形分
率の絶対的な増大を具現化する方法としては、ポリアミ
ド繊維の高タフネス化と称して、色々と提案されてい
る。先記したもの以外で提案されている技術は、特許や
学術論文で判断すると、1)ポリマーの重合度を上げる
(特開平4−153311号公報)、2)高温でゾーン
(非接触型)延伸する(特開昭61−194209号公
報)、3)紡糸速度を落として後で、多段延伸する、
4)非水系油剤を用いる(特開昭63−91235号公
報)、5)吐出冷却固化した糸条に140℃位で積極的
にスチーミングし、結晶化を促進されるなどがある。し
かしながら、5)の方法は、原糸が最終製品になってか
らの耐久性、耐疲労性向上とは相反する。2)は延伸度
にもよるが、分子鎖の充填密度の均一な無定形分率の絶
対的増加を具現化し、しかも、糸条物がロール等の媒体
に接触しないため、マクロな構造欠陥(毛羽)も出にく
いが、生産性、製造設備面、コスト面できわめて不利で
ある。3)の方法も設備面、生産性面で不利であるばか
りでなく、ロール等の媒体に接触する機会が多くなり、
摩擦による構造欠陥もでやすい。さらに4)の方法は作
業環境面や比例製造費的に問題がある。
【0005】又、特開平4−245909号公報には、
合成繊維の直接紡糸延伸において、紡出、冷却および給
油が施された糸条を300m/分以上で引き取り、引き
続いて複数組のローラ群を用いて多段延伸及び熱処理を
施したのち、2000m/分以上で捲取るに際し、前記
のローラ群のうち少なくとも1組のローラ群が表面を粗
度1s以下の鏡面となしたローラと表面を粗度4s乃至
8sの梨地面となしたローラとからなり前記糸条を前記
鏡面となしたローラに片かけし、引続いて前記梨地面と
なしたローラに片かけして延伸およびまたは熱処理を施
すことを特徴とする合成繊維の直接紡糸延伸方法が開示
されているが、これは延伸における歪速度を遅くすると
いう思想に基づいた製造特許であり、歪過程における温
度の効果に関して繊維構造的に考察された記載はない。
【0006】これら従来の技術には、引取りロールの温
度条件と繊維構造論からの方法論の提案は殆ど無い。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、原糸
段階で繊維構造のマクロな均一性、具体的には毛羽の少
ない、しかも、最終製品に至るまでに受ける物理処理、
物理化学処理に対する繊維構造的追従性の良い原糸を製
造する技術を提供し、製織、製編、接着剤処理などの加
工段階での加工特性を改良し、併せて最終製品の耐久性
を改良することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、ポリアミ
ド系繊維、特にポリヘキサメチレンアジパミド繊維の紡
糸過程におけるミクロ構造的欠陥発生のメカニズムにつ
いて、繊維構造論的に検討したところ、図1の如く毛羽
発生率が紡糸繊維の特定無定形含量域で最大を示すこと
を見いだした(図1においては、最終延伸糸の無定形含
量を貯蔵弾性率と損失弾性率で定義されるtanδで表
現し、又そのtanδの最大値をtanδmax値で表
わしている)。そして、その領域を脱し、しかも高タフ
ネス化の潜在能力をもつ紡糸技術について鋭意検討した
結果、本発明に至った。
【0009】すなわち、本発明は、ポリヘキサメチレン
アジパミドを溶融紡出し、冷却し、引き取りロールに引
き取った後、ゴデットロール間で多段延伸を行うに際し
て、該引取りロールの表面温度Tsを(℃)が下記一般
式を満足し、かつ該引取りロールにおいて、初めの引取
り部の表面領域は鏡面加工され、糸条が次のゴデットロ
ールに引き渡される表面領域は梨地加工されていること
を特徴とするポリヘキサメチレンアジパミド繊維の製造
方法である。
【0010】 Tgc−10≦Ts≦Tgc+40 (式中、Tgc(℃)は、引取りロールに引取られる糸
条の貯蔵弾性率が、ガラス転移領域で急激に低下を完了
する温度を示す) 本発明の製造法は、ポリアミド重合体の溶融紡糸におい
て、従来のガラス転移温度(Tg)近傍の冷延伸と異な
り、完全に無定形領域に存在する分子鎖にミクロブラウ
ン運動を起こさせた状態で引取りロール(1ゴデットロ
ール)、2ゴデットロール間で引き伸ばし、無定形界面
に存在する結晶部を無定形部分に取り入れながら延伸さ
せ、2ゴデットロール、3ゴデットロール間で熱延伸配
向結晶化に際し、tanδを高く保ちながら機械的強度
を発現させる方法に関する。
【0011】本発明の製造法は基本的に種々のポリアミ
ド繊維の製造法に適用できる、ポリアミド形成単位とし
てはセバシン酸、ドデカン酸等の脂肪族ジカルボン酸、
テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸と
ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン、メタキシ
リレンジアミン等の芳香族ジアミン等との各種重縮合
体、ε−アミノカプロン酸等のω−アミノカルボン酸
類、カプロラクタム、ラウリルラクタム等のラクタム類
の開環重合体等である。特に、好適には、ポリヘキサメ
チレンアジパミドに適用される。
【0012】更に、上記ポリアミドには、通常用いられ
る添加剤、例えば、リン酸、次亜リン酸ソーダ等の無機
リン化合物、フェニルフォスフォン酸、トリフェニルフ
ォスファイト等の有機リン化合物、リン−窒素系錯塩、
リン−窒素系化合物等の重合触媒、酢酸銅、臭化銅、よ
う化銅、2−メルカプトベンズイミダゾール銅錯塩等の
銅化合物、2−メルカプトベンズイミダゾール、テトラ
キス−〔メチレン−3−(3,5−ジt−ブチル−4−
ヒドロキシフェニル)−プロピオネート〕−メタン等の
熱安定剤、乳酸マンガン、次亜リン酸マンガン等の光安
定剤、二酸化チタン、カオリン等の艶消剤、エチレンビ
スステアリルアミド、同部分メチロール化物、ステアリ
ン酸カルシュームなどの滑剤、可塑剤、結晶阻害剤を含
ませる事が出来る。
【0013】本発明の製造法は基本的には特開昭59−
199812号公報等のような通常の溶融紡糸設備を用
いて利用できる。本発明の特徴とする所は、1段目の引
取りロールに引き取られる糸の貯蔵弾性率がガラス転移
領域で急激に低下を完了する温度をTgc(図2参照)
とする時、引取りロール表面温Tsが、Tgc−10≦
Ts≦Tgc+40を満足し、しかも、次のロールへ引
き渡すロール表面がいわゆる梨地加工されていることを
特徴とする。
【0014】図2にTgcを示す。本発明で採用するT
gcを決定するに際し採用した測定条件を以下に示す。 Tgc:粘弾性測定装置(オリエンテック社製:レオバ
イブロンDDH型)、試料(1ゴデットロール引取り
糸)昇温速度、5℃/分、測定周波数;110Hz 引取り糸が巻かれる引取りロールの表面温度TsがTg
c−10℃以上である理由は無定形領域の分子鎖が熱的
に容易に可動することを保証し、紡口から吐出され固化
した糸条物の構造歪を解消すると同時に、この活発な分
子鎖運動による結晶領域界面に存在する分子鎖を無定形
部分に取り込むためであり、Tgc−10℃未満ではこ
の効果が発揮されない。一方、TsがTgc+40℃を
越えると、分子鎖の可動性は保証されるが、結晶化温度
領域に入るためかえって該糸条物のtanδを下げるこ
とになり、次の工程での延伸性が落ちる、Tsは好まし
くは、Tgcに近いほど良い。
【0015】また本発明において引取りロール表面が同
一のいわゆる鏡面加工であると、伸びた糸条がロール上
でたるんだり、横揺れしたりして、紡糸安定性上、好ま
しくなく、これを避けるため、次のロールへ引き渡す領
域のロール表面は梨地加工されていなくてはならない。
好ましくは1段目引取りロールの初め2ラップまでは鏡
面加工し、それ以降は梨地加工が望ましい。梨地加工す
ることによる上記欠点の解消は、梨地部において、糸条
物とロール表面との相対的接触面積、または、接触時間
の僅かな減少による、糸条物の収縮に基づくものと解釈
される。本方法で得られる最終延伸糸の無定形含量を貯
蔵弾性率と損失弾性率で定義されるtanδで表現する
と、同一強度レベルで、従来の冷延伸法で得られる延伸
糸のそれの1,2倍以上は保証される。このことが、延
伸操作において、繊維の統計的欠陥の低減、例えば、毛
羽減少につながる。更に、従来法で得られるポリアミド
繊維に比較して、後加工段階でうける、物理化学的外力
に対する追従性の改善、耐疲労性の改善が実現する理由
である。
【0016】さらに、本発明において他の紡糸条件は具
体的には得られる繊維の用途によって個々に決定され特
に限定されないが、強度等の点からは紡糸速度を150
0m/分以上、延伸比を4.8以上とするのが好まし
い。以下、実施例にて説明するが、これに限定されるも
のではない。
【0017】
【実施例】常法の重合方法にて90%蟻酸相対粘度(以
後VRと称す)80のポリヘキサメチレンアジパアミド
を重合した後、図3に示す装置を用いて紡糸速度200
0m/分で紡糸、延伸しポリヘキサメチレンアジパミド
繊維を得た。その時の1段目引取りロールの温度Tsと
該引取り糸の貯蔵弾性率がガラス転移領域で急激に低下
を完了する温度Tgcを表1に示す。又、ここで実施し
た紡糸条件、及び繊維物性、毛羽数を表2に示し、使用
した1段目ロールを図4に示す。
【0018】ここでいう繊維物性は、島津製作所製オー
トグラフS−100Cを用い、80回/mの撚りを加え
た25cmの原糸の試料に対して、降下速度30cm/
分、チャートスピード60cm/分で測定した値であ
る。又、ここでいう毛羽数とは毛羽検知器;東レフライ
カウンターTD−106を用い紡速500m/minで
20分間測定した値である。
【0019】1段目の引取りロール温度を100℃に設
定し、なお且つ1段目ロール表面粗度を初めの2ラップ
まで鏡面加工し、それ以降を梨地加工する事で繊維物性
を変えることなくtanδを上げ且つ毛羽の少ない繊維
を得ることができる。次に得られた原糸の耐疲労性試験
を行った。原糸1本ずつに撚数32回/10cmの下撚
を施し、次いで下撚2本ずつに撚数32回/10cmの
上撚を施し、生コードを作った。この生コードを3オー
ブンホットストレッチ装置を用いて下記の条件でレゾル
シン−ホルムアルデヒド−ラテックス液の処理を施し
た。
【0020】 この処理コードを155℃×40分の加硫条件で加硫
し、グッドイヤーチューブ疲労試験に沿って耐疲労性試
験を行った。なお、ここでいうグッドイヤーチューブ疲
労試験は以下の如くである。
【0021】JISL−10173.2.2.1Aに準
ずる方法 チューブ形状 内径 12.5mm 外径 26mm 長さ 230mm 曲げ角度 90度 内 圧 3.5kgf/cm2 回転数 850rpm 表2にグッドイヤー法チューブ疲労試験結果を示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】本発明のポリアミド繊維は、毛羽が少な
く、且つtanδの高い繊維構造をもつ事によりタフネ
スが向上し、ゴム補強用のタイヤコード、ベルトコード
等やコンピューターリボン用、エアーバッグ基布等に用
いた時、耐久性の優れた製品となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ポリヘキサメチレンアジパミド繊維の毛羽発生
率とtanδmax値との関係を示すグラフである。
【図2】1段目の引取りロールに引き取られる糸の貯蔵
弾性率(E′)、tanδ値と温度Tとの関係を示すグ
ラフである。
【図3】本発明において用いられる紡糸機及び延伸機の
一例を示す図である。
【図4】本発明における1段目引取りロールの一例を示
す図である。
【符号の説明】
1 スピンヘッド 2 紡糸口金 3 加熱筒 4 フィラメント 5 冷却風チャンバー 6 オイリングロール 7 プレテンションロール、 8 引取りロール(第1ゴデットロール) 9 第2ゴデットロール 10 第3ゴデットロール 11 巻取機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D01F 6/60 D02J 1/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリヘキサメチレンアジパミドを溶融紡
    出し、冷却し、引き取りロールに引き取った後、ゴデッ
    トロール間で多段延伸を行うに際して、該引取りロール
    の表面温度Tsを(℃)が下記一般式を満足し、かつ該
    引取りロールにおいて、初めの引取り部の表面領域は鏡
    面加工され、糸条が次のゴデットロールに引き渡される
    表面領域は梨地加工されていることを特徴とするポリヘ
    キサメチレンアジパミド繊維の製造方法。 Tgc−10≦Ts≦Tgc+40 (式中、Tgc(℃)は、引取りロールに引取られる糸
    条の貯蔵弾性率が、ガラス転移領域で急激に低下を完了
    する温度を示す)
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