JP4060089B2 - ポリエステルモノフィラメント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テニス、バドミントン、スカッシュなどに使用するラケット用ガットに好適なポリエステルモノフィラメントに関するもので、詳しくは側糸を巻き付けなくても用いることができ、特にラケットに張り上げる時の張設性および張り上げ後の緩み感の解消、制球性に優れるポリエステルモノフィラメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
テニス、バドミントン、スカッシュなどスポーツラケット用ガットは、古くから天然ガット、すなわち動物性繊維である羊や牛の腸、鯨の筋が使用されていた。この天然ガットは、優れた反発性を有しているものの、耐水性に劣ることから使用寿命が短く、しかも非常に高価であるため、近年では耐久性に優れ、安価な合成繊維製が市場において主流を占めている。
【０００３】
この合成繊維製ガットとしては、他の繊維に比べて、強力、反発性、柔軟性、耐衝撃性などに優れるため、ポリアミドモノフィラメントが広く用いられている。しかしながら、ポリアミドモノフィラメントは気温や湿度の環境変化に十分対応できず、伸び、強力が経時的に変化するため、プレーヤーにとっては、安定した打球感、制球性などが得られにくいという問題があった。
【０００４】
このような問題を解決するものとして、環境変化による特性変化を起こし難く、天然ガットに近似しており、制球性に優れるものとして、ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略称する。）製モノフィラメントが開発され使用されている。
【０００５】
しかしながら、ＰＥＴモノフィラメントは、その剛直性から反発性、耐衝撃性、制球性が必ずしも十分とは言えず、またラケットへの張設が行い難く、さらにフィブリル化しやすく、耐久性に劣るという欠点があった。
【０００６】
このようなＰＥＴモノフィラメントの問題点を解決する手段が種々検討されており、例えば特許第2826055号公報では、ＰＥＴとＰＥＴ共重合体の混合物とすることでフィブリル化、縦割れをある程度改善し、耐衝撃性も改善したものが記載されている。しかしながら、このモノフィラメントは、ガットとしてラケットに張設した場合、張設性、制球性、経時での緩み感の改善では十分とは言えるものでなかった。
【０００７】
また、特開2000-185118号公報においては、ＰＥＴモノフィラメントの曲げ硬さ指標を特定の範囲内に制御することで耐衝撃性、張設性に優れるようなったＰＥＴモノフィラメントが提案されている。しかしながら、このモノフィラメントにおいても、ガットとしてラケットに張設した場合の張設性、制球性、経時での緩み感の改善では十分とは言えるものでなかった。
【０００８】
さらに、通常のガットにおいては、モノフィラメントを芯糸とし、芯糸の周囲に側糸としてマルチフィラメント又はモノフィラメントをらせん状に巻きつけ、接着剤で固定したものが利用されている。何れも界面の接着、剥離など製造上の問題点があり、コストも高くなるという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するものであって、張設性に優れ、張り上げ後のガットの緩み感が適度なものとなり、制球性、耐衝撃性にも優れ、側糸を巻き付けることなく、モノフィラメントのままガットに用いることができるポリエステルモノフィラメントを提供することを技術的な課題とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は、極限粘度０．７０〜０．９８のポリエステルからなるモノフィラメントであって、直線強度４．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、結節強度２．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、かつ中間伸度（ＨＥ）、張力保持率（ＲＴ）が下記（１）、（２）式を同時に満足することを特徴とするポリエステルモノフィラメントを要旨とするものである。
中間伸度・・・４．０≦ＨＥ≦６．０ （％） （１）
なお、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重時の伸度
張力保持率・・・７０≦ＲＴ （％） （２）
なお、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重時の初期強力（Ｎ）をＡとし、Ａを測定後、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重のまま、１８０秒経過後に測定した強力（Ｎ）をＢとし、ＲＴ（％）＝（B／A）×１００として算出するものである。
【００１１】
本発明において、直線強度、結節強度は、ともにＪＩＳ Ｌ−１０１３に準じて測定したものである。
また、本発明でいう中間伸度、張力保持率は島津製作所製オートグラフＳ−１００型にて、試料長２５ｃｍ、引っ張り速度３０ｃｍ／分の条件下で１．５ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重をかけて測定したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のポリエステルモノフィラメントを構成するポリエステルは、テレフタル酸とエチレングリコールを縮重合して得られるＰＥＴを主成分とするものが好ましく、効果を損なわない範囲であれば、酸性分としてイソフタル酸、２−６ナフタレンジカルボン酸、１−４−シクロヘキサンジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸などを共重合してもよい。
また、ポリエステル中に、酸化チタン、炭酸カルシウムなどの無機粒子や、着色剤、帯電防止剤、ワックス類および可塑剤などが添加されていてもよい。
【００１３】
ポリエステルの極限粘度は０．７０以上であることが必要である。これにより高強度で耐久性の高いモノフィラメントが得られる。なお、極限粘度が１．３０を超えると、紡糸が困難となるため好ましくない。本発明でいう極限粘度とは、フェノールとテトラクロロエタンとの等重量混合物を溶媒とし、濃度０．５ｇ／ｄｌの溶液中で２０℃で測定し、求めた値である。
【００１４】
次に、本発明のモノフィラメントは、直線強度が４．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、結節強度が２．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが必要である。
直線強度が４．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満では、ガットとして使用した場合、打球時に切断しやすく、耐久性が劣るために実用的でない。また、モノフィラメントの重要な物性値である結節強度については、直線強度の５５％以上の２．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上は必要である。２．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると、張設時の４０〜７０ポンドの力に耐えきれず結び目で切断したり、プレー中にラケットのエッジ部での切断を起こしやすい。
【００１５】
本発明の最も重要な点は、上記強度を満足するとともに、引っ張り特性の中間伸度および張力保持率を特定の範囲内にすることである。
まず、モノフィラメントの中間伸度を４．０〜６．０％、好ましくは４．５〜５．５％の範囲内にする。この範囲内のモノフィラメントとすることで、適度の柔軟性を有し、張設しやすく、耐衝撃性に優れる。このため、ボールをコントロールしやすく、プレーヤーにとって肘などに大きな負担もかかることなく、長時間の使用に耐えるものとなる。
【００１６】
中間伸度が４．０％未満では、硬くなりすぎて張設しにくく、またエッジ切れが発生したり、縦割れが生じやすい。反発力も弱くなり、ボールを打つ時の力も強くしなければならず、大きな衝撃を受けることにもなる。一方、中間伸度が６．０％を超えると、柔軟で張設しやすくなり、縦割れも生じにくくなるものの、制球性、耐久性が悪くなり好ましくない。
【００１７】
さらに重要な点は、引っ張り特性として、モノフィラメントの張力保持率を７０％以上さらには、８０％以上とすることが好ましく、１００％に近づけることが最も好ましい。
この張力保持率は、島津製作所製オートグラフＳ−１００型にて、試料長２５ｃｍ、引っ張り速度３０ｃｍ／分の条件下で、まず１．５ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重をかけて測定したときの初期強力（Ｎ）をＡとし、Ａを測定後、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘの荷重をかけたまま、１８０秒経過後に測定した強力（Ｎ）をＢとするもので、（B／A）×１００を算出するものであり、モノフィラメントの弾性回復を示す値ともいえる。
【００１８】
張力保持率が７０％以上であることで、経時での緩み感もなく、常に一定の反発性が得られるために制球性にも優れ、ガットを張り替えすることなく長時間の使用に耐えるものである。張力保持率が７０％未満の場合は、張設しやすいものの、経時での張力が徐々に低下し、ガットの緩み感が増してきて、制球性が悪くなるばかりか、反発性も劣るようになり、頻繁に張設を繰り返えさなければならず、耐久性も劣るものとなる。
【００１９】
本発明のモノフィラメントにおいて、さらに好ましい性能として、中間伸度や張力保持率の測定時に描かれる荷重−伸長曲線図（Ｓ−Ｓ曲線図）において、破断前のカーブが緩やかな丸みをおびるような曲線となることが好ましい。すなわち、図１に示すように、モノフィラメントを破断するまで伸長させたとき、通常のモノフィラメントは、Yに示すような曲線を示す。つまり、破断時は最大強力となった時点であり、破断強力と最大強力は同じ値となる。本発明のモノフィラメントにおいては、Xに示すような曲線となり、破断前に最大強力を示し、破断強力は最大強力より低い値となり、破断前のカーブが緩やかな丸みをおびるような曲線となることが好ましい。
このようなＳ−Ｓ曲線となることで、ガットとしての諸性能の中でも、制球性、耐衝撃性が優れるものとなる。
【００２０】
また、本発明のモノフィラメントは、繊度が6800dtex以上、さらには、7800〜25000dtexとすることが好ましい。6800dtex未満であると、側糸巻き回しないで使用するモノフィラメントにするには直線強力、結節強力が不足しやすく、剛性の面でも不十分なものとなりやすい。
【００２１】
次に、本発明のモノフィラメントの製造方法について一例を用いて説明する。本発明のモノフィラメントは、通常の溶融紡糸装置を用いて製造することができる。
まず、ポリエステルの融点以上の温度、２６０〜３１０℃、好ましくは２７０〜２９０℃で溶融し、常法によりノズルから溶融紡出する。紡出された糸条は、凝固浴に導いて冷却する。
【００２２】
本発明のモノフィラメントにおいては、凝固浴内での温度および冷却時間をある一定の範囲内に設定することが好ましい。すなわち、温度×時間の積が１２〜２２（℃・ｓｅｃ）が好ましく、特に１５〜２０が好ましい。これによりモノフィラメントの冷却の際、表層部から中心部への冷却速度の差異による配向度の違いが生じることなく、次工程の延伸が良好に行え、上記した諸物性を満足するものを得ることができる。温度×時間の積が１２未満であると、配向が十分に進まないうちに延伸を行うこととなり、張力保持率に劣るものとなりやすい。また、温度×時間の積が２２を超えると、配向が進行しすぎて、中間伸度や切断伸度が低いものとなりやすい。
【００２３】
次に、冷却された糸条を一旦巻き取ることなく延伸するが、高強度とするため、２段以上の延伸が好ましい。第１段目の延伸を８５〜１５５℃の液体浴または１２５〜２３５℃のヒータで熱処理しながら倍率３〜６倍で行うことが好ましいが、このとき、１段目の延伸配分比を全延伸倍率の６０〜７５％の範囲内で行うことが重要である。
【００２４】
この１段目の延伸配分比が本発明の中間伸度、張力保持率に影響するものであり、７５％を超えると、延伸性も悪くなり、中間伸度を４．０％以上にすることは困難となりやすい。また、張力保持率は高くはなるが、ガットに張った場合、経時での緩み感は発生しないものの、エッジ切れ等が生じ、耐衝撃性等の点で不都合が生じやすい。
【００２５】
また、配分比が６０％未満の場合、１段目の延伸性は良化するものの、中間伸度が６．０％より高くなり、張力保持率も７０％未満となりやすい。これにより、モノフィラメントは制球性、経時での緩み感も悪化し、長時間の使用に耐えないものとなる。
【００２６】
次いで、第２段目以降の延伸を１５５〜３５５℃のヒータあるいは加熱ローラを通過させて熱処理しながら、倍率１．２倍以上で行い、全延伸倍率が５〜８倍となるように延伸することが好ましい。
【００２７】
さらに、繊維の結晶化を促進するのみならず、繊維の断面方向の均一性の向上、および断面方向の配向度を制御させるために、延伸後の糸条に、延伸温度より高温の２６０〜５００℃リラックス熱処理を施すが、本発明のガットしての諸性能を満足させるにはリラックス熱処理を２段階で行うことが好ましい。２段目のリラックス熱処理は、１段目の処理温度より高く、リラックスの比率も大きくとるように設定すればより効果が認められる。
【００２８】
このようにして得られる本発明のモノフィラメントをラケット用ガットに使用すれば、天然ガット並の反発性、耐衝撃性を有しており、経時での緩み感もなく耐久性にも優れ、張設しやすく、モノフィラメントのままガットとして用いることができる。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。なお、実施例における物性値の測定、評価は次のように行った。
直線強度、結節強度、中間伸度、張力保持率は前記したとおりに測定し、破断伸度については、直線強度と同様に、ＪＩＳ Ｌ−１０１３に準じて測定した。
〔ガット特性の評価〕
得られたモノフィラメントに側糸を巻き付けず、そのまま使用。
Ａ．張設性…極めて良好：◎ 良好：○ やや不良：△ 不良：×
Ｂ．制球性、反発性、耐衝撃性…上級レベルのプレーヤーに試打させ、天然ガットと比較して評価した。
極めて良好：◎ 良好：○ やや不良：△ 不良：×
Ｃ．耐久性…テニスラケットに６０ポンドのテンションで張設し、テニスボールを時速１２５ｋｍで、打ち出し距離７０ｃｍで打撃し、ガットが縦糸と横糸との交差部近傍で切断するまでの回数で評価した。
Ｄ. 緩み感…極めて良好：◎ 良好：○ やや不良：△ 不良：×
【００３０】
実施例１
極限粘度０．９７のポリエステル（PET）を２８５℃で溶融し、３．５ｍｍの紡糸孔を有するノズルから紡出した。紡出糸条を８０℃の水浴を通して冷却した。このとき、冷却時間は０．２３秒であり、温度×時間の積が１８．４（℃・ｓｅｃ）であった。次いで９８℃の水浴で４．２倍に延伸（１段目延伸）し、続いて３１０℃のヒータで熱処理しながら延伸（全延伸倍率を６．１倍）した後、３５０℃のヒータを用いて４．０％のリラックス熱処理を施し、引き続き３７０℃のヒータを用いて６．０％のリラックス熱処理を行い、全リラックス率１０．０％の２段リラックス熱処理を施した。そして最終ローラ速度を１１０ｍ／分として捲取り、18900dtexのモノフィラメントを得た。
【００３１】
実施例２、３、４、 比較例７
モノフィラメントの１段目と２段目のリラックス条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【００３２】
比較例１、２
極限粘度０．６７、１．１８のポリエステル（ＰＥＴ）を用いた以外は、実施例１と同様に行った。
【００３３】
比較例３、４
モノフィラメントの冷却条件（時間）を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【００３４】
比較例５、６
モノフィラメントの１段目の延伸倍率を変更し、１段目の延伸配分比を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に行った。
【００３５】
実施例１〜４、比較例１〜７で得られたモノフィラメントの特性値（直線強度、中間伸度、切断伸度、結節強度、張力保持率）及びガットの性能の評価結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
表１より明らかなように、実施例１〜４のモノフィラメントは直線強度、結節強度、中間伸度、張力保持率を十分満足するものであったため、側糸を巻き回すことなくモノフィラメントのままガットととして用いても、張設性がよく、経時での緩み感の発生もなく、制球性、耐衝撃性、耐久性ともに優れていた。
一方、比較例１のモノフィラメントは、ポリエステルの極限粘度が低すぎたため、直線強度が低く、ガットとしては耐久性も悪いものであった。比較例２のモノフィラメントは、極限粘度が高かったため、結節強度が低くなり、張設時に切断を起こし、ガットとしての評価は低いものであった。また、紡糸性も不調であった。比較例３、４のモノフィラメントは、冷却条件が適切でなかったため、モノフィラメントの断面の表層部から中心部への配向度に相違が生じ、直線強度、結節強度は満足するものの、中間伸度や張力保持率が低くなり、エッジ切れが発生したり、耐衝撃性が悪く、ガットとしての評価は低いものであった。比較例５、６のモノフィラメントは、１段目の延伸配分比が適切でなかったため、直線強度、結節強度はほぼ満足するものの、中間伸度が範囲外であったため、ガットとしての評価は低かった。比較例７のモノフィラメントは、リラックス熱処理を１段目のみで実施した結果、中間伸度が高く、張力保持率が低いものとなった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のモノフィラメントは、直線強度、結節強度、中間伸度、張力保持率ともに適切な値であるため、側糸を巻き回することなくラケット用ガット使用することが可能であり、天然ガット並の反発性、耐衝撃性を有しており、経時での緩み感の発生もなく、制球性に優れ、かつ耐久性も有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモノフィラメントの直線引っ張り試験におけるＳ−Ｓ曲線図である。

Claims (1)

1. 極限粘度０．７０〜０．９８のポリエステルからなるモノフィラメントであって、直線強度４．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、結節強度２．２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、かつ中間伸度（ＨＥ）、張力保持率（ＲＴ）が下記（１）、（２）式を同時に満足することを特徴とするポリエステルモノフィラメント。
   中間伸度・・・４．０≦ＨＥ≦６．０ （％） （１）
   なお、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重時の伸度
   張力保持率・・・７０≦ＲＴ （％） （２）
   なお、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重時の初期強力（Ｎ）をＡとし、Ａを測定後、１．５ｃＮ／ｄｔｅｘ荷重のまま、１８０秒経過後に測定した強力（Ｎ）をＢとし、ＲＴ（％）＝（B／A）×１００として算出するものである。

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