JP3353412B2 - 高強度ポリブチレンテレフタレート系繊維 - Google Patents

高強度ポリブチレンテレフタレート系繊維

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度ポリブチレンテ
レフタレート系繊維を用いるシートベルトに関する。
【0002】
【従来の技術】シートベルト、ロープ、ゴム補強用コー
ドに用いられる産業資材用繊維には、主として高重合度
のポリエチレンテレフタレートもしくはポリヘキサメチ
レンアジパミド(N66)、ポリカプラミド(N6)な
どのポリアミドからなる繊維が用いられてきている。
【0003】シートベルト、ロープなどに対する要求特
性としては、高い引張り強力と耐磨耗性、さらには強力
保持率で表される耐光性、寸法安定性に関連する経日格
納性、そしてエネルギー吸収能などが挙げられる。
【0004】従来この分野では、ポリアミド系繊維が用
いられてきたが、ポリアミドの比較的高い平衡水分率に
起因する寸法安定性の不足、あるいは耐光性不良などの
ため、ポリエチレンテレフタレート繊維に置き換わって
きている。確かに、ポリエチレンテレフタレート繊維は
安価な上、低い吸水性を有するので寸法安定性に優れ、
また耐光性に優れた好ましい素材である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シート
ベルトなどの用途においては、近年、衝撃の初期におけ
るエネルギー吸収能がより重要な要素となってきてい
る。上記ポリエチレンテレフタレート繊維は、高い引張
り強度を出すために通常破断伸度が17%以下と低く、
また高い初期引張り抵抗を有しているため、衝撃の際に
対象となる被保護物にかかる初期衝撃が大きく、エネル
ギー吸収能の点から満足のいく素材ではなかった。
【0006】すなわち、これまで使用されてきた汎用の
ポリアミド繊維やポリエチレンテレフタレート繊維を含
め、シートベルトなどの用途として前述の要求特性をす
べて満たすものは得られていなかった。
【0007】最近開発が活発化している“ケブラー”に
代表される芳香族ポリアミド繊維や液晶性芳香族ポリエ
ステル繊維、またゲル紡糸による超高分子量ポリエチレ
ン繊維や高分子量ポリビニルアルコール繊維などは確か
に強度は著しく高いものの、初期引張り抵抗はポリエチ
レンテレフタレート繊維よりもさらに高く、また破断伸
度はポリエチレンテレフタレート繊維よりもさらに低い
ため、エネルギー吸収能は劣るものである。
【0008】上記エネルギー吸収能を高めるために、特
開平4−257336号公報には、超高強力糸と、破断
伸度70%程度の汎用ポリマのPOYを混繊してエネル
ギー吸収能を高める手段が開示されている。しかし、こ
の方法では初期引張り抵抗の高い繊維の特性に布帛性能
は引張られ、エネルギー吸収能は期待するほど高くなら
ないものであった。また、超高強力糸を用いるため価格
も高いものとなっていた。
【0009】また、タイヤコード用原糸においては、耐
久性能が要求されるトラック、バスなどのバイアスタイ
ヤ用にはポリアミド糸が、また乗用車用のラジアルタイ
ヤにはより寸法安定性の高いポリエチレンテレフタレー
ト繊維が使用されている。一般にタイヤ用原糸の開発の
流れはこれまでよりコードの寸法安定性を高めるため
に、繊維の初期引張り抵抗をより高める方向で検討され
てきた。しかし、この特性は、走行安定性は著しく改良
するものの、近来認識がより高まってきた走行中の振動
や騒音を軽減する衝撃吸収性能とは相反する特性となり
最近では新たな問題点として取り上げられるようになっ
てきた。
【0010】この走行中の振動や騒音をより軽減する目
的で、特開平5−9831号公報にはポリエチレンテレ
フタレート繊維を用いたタイヤコードにおいてコード作
製条件を最適化することでコードの低荷重下における破
断伸度を高め、乗り心地性を向上させる提案がなされて
いる。また、特開平5−195359号公報には初期引
張り抵抗の異なる2種類の原糸を混撚することで同様に
コードの低荷重下における破断伸度を高め、乗り心地性
を向上させる提案がなされている。しかし、いずれの方
法も原糸から改良したものではなくエネルギー吸収能の
点からみると満足のいく改善策とはなっていない。
【0011】一方、ブチレンテレフタレート単位を主成
分とする繊維はこれまでも数多く提案されている。この
繊維は、ポリエチレンテレフタレートとポリアミドの中
間の特性を有する繊維として位置づけられており、水中
での寸法安定性が優れている、捲縮糸とした場合のヘタ
リが小さい、パワー感のあるストレッチ性があるなどの
特徴を生かし、水着やパンティストッキング、剛毛糸な
どへの用途開発が進められている。
【0012】例えば、特開昭56−43404号公報に
はポリブチレンテレフタレート繊維からなる水着が提案
されているが、その実施例中に記載の繊維物性は、強度
4.3g/d、破断伸度34.6%である。また、特開
昭51−123316号公報には、一段目の延伸倍率
2.2〜4.5倍で多段延伸を行うという、ポリブチレ
ンテレフタレート繊維からなる剛毛糸の製法が提案され
ている。しかし、これらはいれも高強度を必要としな
い分野への展開で、用いるポリマの固有粘度は0.8〜
0.9と低く、得られる延伸糸の強度も5g/d以下と
低いものであり、高強度が必要な産業用途で使用できる
ものではなかった。
【0013】そこで、本発明の目的は、上記の従来の技
術における問題点を解決し、高い強度および優れたエネ
ルギー吸収能と優れた寸法安定性を有する繊維を用いる
シートベルトを提供するものである。
【0014】上述した目的を達成するため、本発明の
ートベルトで使用する高強度ポリブチレンテレフタレー
ト系繊維は、95〜100モル%がブチレンテレフタレ
ート単位からなる高重合度ポリブチレンテレフタレート
系重合体からなるマルチフィラメント繊維であって、引
張強度が5.8〜7.1g/d、破断伸度が18.0〜
35.0%であることを特徴とする。また、本発明にお
いては、10%伸び時における強度Tが3.0g/d以
下であることが好ましい。
【0015】ここで、10%伸び時における強度Tは下
記の式による値である。
【0016】 T=(10%伸び時の強力)/(0%伸び時の繊度)
【0017】また本発明のポリブチレンテレフタレート
系繊維は、さらに、複屈折率が0.140以上、かつ、
示差走査熱量分析(DSC)による融点が210℃以上
であることが好ましい。
【0018】以下、本発明を詳細に説明する。
【0019】本発明で使用されるポリブチレンテレフタ
レート系繊維は、シートベルトなどエネルギー吸収性能
が要求される分野に好適に用いられる繊維であって、特
定の高重合度ポリブチレンテレフタレート系重合体から
なり、特定の引張り強度、破断伸度を有し、かつ強度−
伸長曲線における初期引張り抵抗が小さいことを特徴と
する。これにより、高強度はもちろんのこと、高いエネ
ルギー吸収能および優れた寸法安定性を得ることができ
る。
【0020】このポリブチレンテレフタレート系繊維
は、ブチレンテレフタレート成分から構成されるが、そ
の性質を損ねない範囲の少量であれば、曵糸性を高める
などの目的で共重合成分を含んでいても差し支えない。
ブチレンテレフタレート単位は90モル%以上、より好
ましくは95モル%以上から構成される。共重合成分の
比率が10モル%を越えると、高強度が達成されないた
めに好ましくない。また、曳糸性を損ねない範囲で、布
帛の性能を高める目的で、難燃剤や酸化防止剤を添加す
ることも何等差し支えない。
【0021】10%未満の共重合成分としては、エステ
ル形成性成分であれば特に限定されず、テレフタル酸お
よびプロピレングリコール、プロピレンオキサイドの他
にエチレングリコール、エチレンオキサイド、ブチレン
グリコール、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、
ジフェニルジカルボン酸、5−スルホン酸ナトリウムイ
ソフタル酸などが挙げられるがこの限りではない。
【0022】本発明におけるポリブチレンテレフタレー
ト系繊維は、固有粘度が1.00以上であり、より好ま
しくは1.20以上である。1.00未満であると所望
の強度及び破断伸度を得ることが困難となるばかりでな
く、長期間の使用に対する耐久性も損なわれる。繊維の
固有粘度を1.00以上にするためには、用いるチップ
の固有粘度を高くすればよく、通常1.30以上のポリ
ブチレンテレフタレートチップを用いることで達成でき
る。このように高い固有粘度を有するチップは比較的低
粘度のチップから公知の固相重合などの手法により得る
ことが可能である。
【0023】従来のポリブチレンテレフタレート系繊維
では、用いるチップの固有粘度が1.1を越えると、紡
糸が困難になるとともに、紡糸中の熱分解などにより粘
度低下が大きく、高IVの繊維を得ることは困難である
と考えられていたが、チップの固有粘度が1.30以上
と高くても、紡糸条件を後述のごとく適正化することで
何等問題なく高い固有粘度の繊維を得ることが可能であ
る。
【0024】さらに、本発明のポリブチレンテレフタレ
ート系繊維は、引張り強度5.8g/d以上、好ましく
は6.5g/d以上、破断伸度が18.0%以上、より
好ましくは20.0%以上35.0%以下である。前述
の産業資材用においては、エネルギー吸収能や寸法安定
性の他に、使用に耐えうる強伸度特性がもちろん必要で
あり、上記範囲を外れると布帛やコード形態として使用
したとき、引張り特性、引裂き特性、屈曲特性などの力
学特性が劣り、不適当である。また、破断伸度が18.
0%未満であると、たとえばシートベルト用途などで布
帛としたとき、硬く柔軟性が損なわれるとともに、紡
糸、製織時にケバや糸切れを起こし易いので不適当であ
る。また、伸度が大き過ぎる場合には、布帛自体の伸度
が大きくなり、成形時にたわみやすいなどの問題を生じ
てくるので好ましくない。
【0025】さらに、本発明のポリブチレンテレフタレ
ート系繊維は、強度−伸長曲線における10%伸び時に
おける強度が3.0g/d以下と低いという特異な特性
を有する。特に、0.5g/d以上2.0g/d以下で
あることが好ましい。
【0026】この特性により、この原糸を用いた産業用
資材は、著しく高いエネルギー吸収能を有することがで
きる。従来、シートベルトなどの用途において高いエネ
ルギー吸収能を持つ繊維は、強度−伸長曲線において、
この曲線とX軸とで囲まれる面積が高いほどその性能が
優れていると言われてきた。しかし衝撃の初期において
その衝撃を吸収するためには、面積ではなく低荷重時に
高伸度を有する、すなわち10%伸び時における強度が
3.0g/d以下であることの方が有効である。
【0027】本発明のポリブチレンテレフタレート系繊
維は上記のように特異な強度−伸長挙動を有し、かつ前
述の力学特性、さらにはポリエステル特有の低吸水性と
を合わせ持つので、高いエネルギー吸収能と優れた寸法
安定性を合わせ持つことができる。
【0028】さらに、10%伸び時における強度が3.
0g/d以下であるという特性は、紡糸、延伸さらには
製織時における毛羽発生や糸切れ抑制においても高い効
果を発揮することができる。
【0029】本発明におけるポリブチレンテレフタレー
ト系繊維の繊度構成は、用途に合わせて設定すればよ
い。一般には、総繊度250D以上1500D以下、単
糸繊度1.0d以上20.0d以下、より好ましくは
2.0d以上10.0d以下であることが本発明の特性
を生かすために好ましい。もちろん、用途に応じて強力
を高めるために、合糸し総繊度を増して使用することは
何等差し支えない。繊維あるいはこの繊維を用いた布帛
などの柔軟性を高めるためには、単糸繊度は小さい方が
好ましいが、単糸繊度が1.0d未満と細くなると通常
の直接紡糸では糸切れや繊度斑のため安定な紡糸が困難
となるので実用的でない。
【0030】次に、本発明にかかるポリブチレンテレフ
タレート系繊維の製造方法について説明する。
【0031】本発明のポリブチレンテレフタレート系繊
維は、通常の溶融紡糸法により口金より紡出される。こ
のとき、ポリマの熱による劣化を防ぐために、紡糸機内
におけるポリマの滞留時間は短いほど好ましく、通常1
0分以内、好ましくは1〜5分とすればよい。紡糸温度
は通常260℃〜280℃であればよいが共重合成分の
有無などにより適宜最適化すればよい。
【0032】さらに、口金直下には加熱筒を配し、吐出
糸条はこの加熱筒内を通過させることが必要である。こ
の加熱筒は、一般に、10〜100cmの長さで、200
℃〜350℃で温度制御された加熱筒であればよいが、
その長さ及び温度条件は、得られる糸条の繊度やフィラ
メント数により最適化されればよい。この加熱筒は、溶
融ポリマの固化を遅らせ高強度を発現させるために必要
である。
【0033】ここで、所望の強伸度特性を得るために
は、ポリマは前述のごとく固有粘度が1.30以上のよ
うな高粘度ポリマを用いる。この固有粘度が1.30未
満では、得られる糸の固有粘度を1.00以上とするこ
とは困難であり、そのため、紡糸条件を適正化・改善し
ても所望の強伸度を得ることは難しい。
【0034】なお、高温での熱劣化を防止するために
は、必要に応じて加熱筒内雰囲気を高温不活性ガスでシ
ールすることが好ましい。
【0035】紡出糸条は、上記高温雰囲気中を通過した
後、冷風で冷却固化され、ついで油剤が付与された後、
紡糸速度を制御する引取りロールで引取られる。
【0036】引取りロールに引取られた未延伸糸条は、
通常連続して延伸されるが、一旦巻取った後に別工程で
延伸してもよい。紡糸速度は、通常500m/min 〜3
000m/min 、好ましくは1500m/min 以下であ
ればよい。延伸は常法の熱延伸が採用されればよく、2
段以上の多段延伸が好ましい。その延伸倍率は未延伸糸
の複屈折、延伸温度、および多段延伸する際の延伸比配
分等によって変化させうるが、1.5〜5.5倍、好ま
しくは2.0〜5.0倍のような高倍率がとられる。
【0037】次いで、この延伸糸は熱固定される。熱固
定は糸条を熱ローラや熱板に接触させたり、また高温気
体中を通過させることなどの公知の方法により行えばよ
く、一般に160〜210℃、好ましくは180〜20
0℃の熱固定温度をとればよい。この熱固定時の張力お
よび温度を変化させることで、乾熱収縮率をコントロー
ルすることが可能である。150℃・30分における乾
熱収縮率が9.0%以下であると、布帛やコードなどで
の形態での使用においてもより寸法安定性が高くなり好
ましい。
【0038】本発明の高強度ポリブチレンテレフタレー
ト系繊維は、上述のように高粘度のポリブチレンテレフ
タレートチップを用い、かつ加熱筒を使用し、さらに高
倍率で延伸し熱固定することにより初めて得られるもの
であり、従来のポリブチレンテレフタレート繊維の製造
方法では得られない。
【0039】さらに、本発明におけるポリブチレンテレ
フタレート系繊維は、工程上の毛羽発生を抑えるため、
延伸工程および熱固定工程において、フィラメントに交
絡処理を施すことは何等差支えない。交絡は、エア交絡
など公知の方法が採用でき、例えばエア交絡の場合、用
いる糸条の繊度や張力に応じて、エアの圧力を適宜変更
する事で目的の交絡度を達成することができる。この場
合、交絡度としては20以上さらには30以上が好まし
い。
【0040】また、このような条件を満足するポリブチ
レンテレフタレート系繊維は、複屈折が0.140以
上、DSCによる融点が210℃以上の特性を有する。
複屈折率が0.140未満である場合は所望の引張り強
度が得られない場合が生じ、好ましくない。また、DS
Cによる融点が210℃未満の場合は、耐熱性や高温時
の寸法安定性などが劣ったものになるので、好ましくな
い。
【0041】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。本発明における各物性は次のようにして測定した値
である。
【0042】(1)固有粘度IV、相対粘度η: (a)PBTの場合: ポリマ0.125gにオルソクロ
フェノール25mlを加えて、120℃で30分間加
熱して溶解する。その後、オストワルド粘度計にて相対
粘度を測定し、IVをもとめる。
【0043】(b) PETの場合; オストワルド粘度計
を用いて、オルソクロロフェノール100mlに対し、
試料3.0gを溶解した溶液の相対粘度ηrを25℃で
測定し、次の近似式によりIVを算出する。
【0044】IV=0.0242ηr+0.2634 ただし、ηr=(t×d)/(t0×d0)、 t:溶液の落下時間(秒)、 t0:オルソクロフェ
ノールの落下時間(秒)、 d:溶液の密度(g/c
c)、 d0:オルソクロフェノールの密度(g/c
c)である。
【0045】(c) ナイロン66の場合; 試料0.25
gを98%硫酸25mlに溶解し、オストワルド粘度計
にて25℃で測定し、ηを求める。
【0046】(2) 引張り強度、破断伸度: JIS−L
−1017に準拠して測定する。
【0047】(3) 複屈折率: 日本光学工業(株)製P
OH型偏光顕微鏡を用い、D線を光源として通常のベレ
ックコンペンセーター法により求める。
【0048】(4) 融点: Perkin-Elmer社製のDSC−
1B型で、昇温速度20℃/min、試料量0.8mgで測定
し、融解曲線の主ピーク温度を融点(Tm)とする。
【0049】(5) 布帛の引張り強度: JIS−K−6
328(ストリップ法)に準拠し、試料幅3cmで測定し
た。
【0050】(6) 布帛のエネルギー吸収性能: 30c
m四方の試料を空中で四隅を固定し、30cmの高さか
ら、直径1cmの鉄球をその試料の中央部に落下させた
ときの鉄球の跳ね返り程度、ならびにJIS−L−10
96(45°カンチレバー法)の剛軟度をもとに、相対
評価し、○=良好、△=やや不良、×=不良でもって示
した。
【0051】(7) 布帛の寸法安定性: JIS−L−1
096 6.9に準拠して測定した布帛水分率、及び、
布帛を120℃で500 hr 熱処理した後の通気量変化
をもとに、相対評価し、○=良好、△=やや不良、×=
不良でもって示した。
【0052】[実施例1]IV=1.95のポリブチレ
ンテレフタレートチップを通常の溶融紡糸法により、ホ
ール数160の口金を用いて紡糸した。このとき紡糸温
度は270℃とし、口金直下には、長さ300mm、温度
300℃の加熱筒を配し、紡糸速度は600m/min と
した。
【0053】紡出糸を、巻取ることなく引続き2段延伸
により、トータル延伸倍率4.1倍、最終延伸ロール温
度180℃で延伸熱処理した後、3.0%の弛緩率でリ
ラックス処理を施し、500D、160フィラメントの
延伸糸を得た。
【0054】得られた繊維の複屈折率は0.159、D
SCによる融点は219℃であった。また、その強度−
伸長曲線は図1に(a)として示す。
【0055】[実施例2]実施例1と同様に、IV=
1.95のポリブチレンテレフタレートチップを通常の
溶融紡糸法により紡糸した。このとき紡糸速度を200
0m/min とした。
【0056】紡出糸は一旦巻取った後、次いで、実施例
1と同様にして2.5倍の倍率で延伸を施した。さら
に、最終延伸ロール温度180℃で延伸熱処理した後、
3.0%の弛緩率でリラックス処理を施し、350D、
160フィラメントの延伸糸を得た。得られた延伸糸の
複屈折率は0.161、DSCによる融点は220℃で
あった。
【0057】[比較例1] 実施例1において、固有粘度が1.1のポリブチレンテ
レフタレートチップを用いた。紡糸温度は270℃と
し、口金直下には、長さ300mm、温度300℃の加
熱筒を用い、紡糸温度は600m/minした。
【0058】紡出糸を、巻き取ることなく引き続きトー
タル延伸倍率3.0倍、最終延伸ロール温度180℃で
延伸熱処理した後、3.0%の弛緩率でリラックス処理
を施し、500D、160フィラメントの延伸糸を得
た。
【0059】得られたフィラメントの強度−伸長曲線を
図1に(b)として示す。
【0060】[比較例2]実施例2において、紡糸速度
を2500m/min とし、そのまま巻取った。
【0061】[比較例3]IV=1.27のポリエチレ
ンテレフタレートチップを通常の溶融紡糸法により、ホ
ール数144の口金を用いて紡糸した。このとき紡糸温
度は300℃であり、口金直下には、長さ300mm、温
度300℃の加熱筒を用い、紡糸速度は500m/min
とした。
【0062】紡出糸を、巻取ることなく引き続き210
℃の温度で5.4倍に延伸熱処理した後、3.0%の弛
緩率でリラックス処理を施し、420D、144フィラ
メントの延伸糸を得た。
【0063】得られたフィラメントの物性は、単糸繊度
2.9dであり、強度8.8g/d、破断伸度14.2
%であった。また、10%伸び時の強度は6.1g/d
であった。得られたフィラメントの強度−伸長曲線を図
1に(c)として示す。
【0064】[比較例4]硫酸相対粘度η=3.50の
ナイロン66チップを用い、比較例3と同様にして、常
法の溶融紡糸法により、総繊度420D、単糸繊度2.
9dのフィラメント糸を得た。このとき紡糸温度は29
5℃であった。得られた繊維の物性は、強度9.5g/
d、破断伸度22.5%であった。また、10%伸び時
の強度は、4.0g/dであった。得られたフィラメン
トの強度−伸長曲線を図1に(d)として示す。
【0065】上記実施例1〜2および比較例1〜4の繊
維物性、ならびにこの繊維を用いて製織した布帛の引張
り強度、エネルギー吸収性能、寸法安定性を表1に示
す。
【0066】なお、その布帛組織は平織りとし、製織に
際しては原糸の繊度に合わせて布帛のカバーファクタが
一定になるように打込み本数をコントロールした。
【0067】
【表1】 表1より明らかなように、本発明による場合(実施例1
〜2)は、強度ならびにエネルギー吸収性、寸法安定性
のいずれにおいても優れており、産業資材用繊維として
バランスがとれていた。
【0068】一方、比較例1は、用いるポリマの固有粘
度が低過ぎたため繊維強度が弱く、布帛としての引張り
強度に劣っていた。
【0069】また、比較例2は比較的高紡速で得た繊維
であるが、延伸していないために比較例1同様に強度が
不足していた。
【0070】比較例3および4は、10%伸び時の強度
が本発明の要求特性範囲よりも高く、布帛の柔軟性が低
いとともに、工程中のケバ・糸切れが同等繊度構成の実
施例の場合に比較して劣るものであった。
【0071】
【発明の効果】本発明に係るポリブチレンフレフタレー
ト系繊維は、90モル%以上がブチレンテレフタレート
単位からなり、固有粘度が1.00以上の高重合度の繊
維であって、引張り強度が5.8g/d以上、破断破断
伸度が18.0%以上、10%伸び時における強度Tが
3.0g/d以下であることによって、優れたエネルギ
ー吸収能と優れた寸法安定性を有し、シートベルト、ロ
ープ、ゴム補強用繊維などの産業資材用途において好ま
しく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】繊維の強度−伸長曲線を例示する図である。
【符号の説明】
(a) :本発明の高強度ポリブチレンテレフタレートフィ
ラメント(実施例1)、 (b) :従来の低強度ポリブチ
レンテレフタレートフィラメント(比較例1)、 (c)
:比較として用いたポリエチレンテレフタレートフィ
ラメント(比較例3)、 (d) :比較として用いたナイ
ロン66フィラメント(比較例4)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−59412(JP,A) 特開 昭59−106512(JP,A) 特開 昭59−94616(JP,A) 特開 平6−257062(JP,A) 特開 平5−65051(JP,A) 特開 平2−200838(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D01F 6/62 306 B60R 22/00 - 22/48

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】95〜100モル%がブチレンテレフタレ
    ート単位からなる高重合度ポリブチレンテレフタレート
    系重合体からなるマルチフィラメント繊維であって、引
    張強度が5.8〜7.1g/d、破断伸度が18.0〜
    35.0%であ高強度ポリブチレンテレフタレート系
    繊維を用いることを特徴とするシートベルト。
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