JP4224813B2 - ポリエステル繊維の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリエステル繊維の製造方法に関するものであり、詳しくは延伸性に優れるポリエステル繊維を、優れた製糸性および省エネルギーで製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル繊維は、力学特性、寸法安定性などにおいて優れた特性をバランスよく有し、かつ、溶融紡糸・延伸、さらには高速紡糸法などにより安価に製造できるため、衣料用途のみならず、産業用途にも広く使用されている。
【０００３】
ポリエステル樹脂の溶融紡糸において、溶融された樹脂は紡糸口金のノズルを通して吐出され、冷却固化される。このとき得られる繊維の物性は冷却固化中の温度、応力の履歴により決定されるため、紡糸線における温度制御は重要な意味を持つ。特に吐出直後では、樹脂の温度が紡糸温度から急激に低下するため、繊維物性のみならず、紡糸糸切れなどの製糸性にも多大な影響を及ぼす。
【０００４】
このような吐出直後の樹脂の温度制御は、紡糸応力が高くなりやすい場合、すなわち高分子量樹脂の溶融紡糸の際に特に重要視されており、さまざまな技術が提案されている。
高分子量のポリエチレンテレフタレートを用いた従来の高強度繊維の製造方法では、紡糸口金からすぐ下流の数センチメートルの間で、重合体をゆっくり冷却することが重要であり、その手法としてフィラメント束をマッフル炉、または加熱円筒で囲むことならびに加熱ガス流を供給することが知られている（特許文献１：第２頁参照）。
【０００５】
このような従来の手法では、冷却速度を遅くすることにより製糸性や得られる繊維の物性を改善し得るものの、その効果を高めるために紡糸線において樹脂の温度を紡糸温度以上に高めることは難しいという問題がある。これは、従来の手法が雰囲気を媒介とした熱伝達によるものであるため、樹脂の温度を高めるには長い区間を必要とし、エネルギーコストが高くなるばかりか、高温雰囲気に長時間さらされることでポリエステルの熱分解が進み、得られる繊維の物性、特に強度が低下するためである。
【０００６】
また高強度ポリエステル繊維の改良された製造方法として、紡糸口金の直ぐ下流側に赤外線式急冷遅延カラーを配することで、高強度繊維用の未延伸糸を従来よりも高速で紡糸する技術が知られている（特許文献２：第１６、１７および２６頁、表−II参照）。しかし、一般的な赤外線加熱装置では、光線の拡がりのために加熱効率が低いという問題がある。
【０００７】
繊維を加熱する手段としてレーザも知られている。従来の溶融紡糸における紡糸線での加熱技術として、紡糸口金直下から糸条の細化が実質的に終了するまでの間にレーザビームを照射する技術が知られている（特許文献３：第２〜４頁参照）。しかし、この技術は紡糸線において片面を冷却しつつ、強力なレーザ（実施例では１００〜３００Ｗ）を糸条のもう片面に短時間照射することにより断面内に構造差を生じさせ、潜在捲縮性を付与することが目的であり、さらに照射も細化における速度勾配が最大の位置の近辺（実施例では口金下２０〜１４０cm）で行われており、口金直下での加熱による効果については何ら記載がなされていない。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭４１−７８９２号公報
【特許文献２】
特開昭５８−１５６０１７号公報
【特許文献３】
特公昭５６−１１７６２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、製糸性、延伸性に優れ、省エネルギーであるポリエステル繊維の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、溶融紡糸における紡糸口金の下流での樹脂の加熱について鋭意検討を重ねてきた。その結果、ポリエステル樹脂の紡糸工程における特定の位置での炭酸ガスレーザ照射エネルギーがある一定条件を満たすことによって従来技術の欠点を解消できることを見いだし本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、ポリエステル樹脂を溶融紡糸するに際して、紡糸口金面から、該紡糸口金面より紡糸線に沿って１５ｃｍまでの間において、ポリエステルに２０Ｗ／ｃｍ^２以上のエネルギー密度で炭酸ガスレーザを照射することを特徴とするポリエテル繊維の製造方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明でいうポリエステルは、好ましくはポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートであるが、これらに限定されない。また、本発明で用いるポリエステル樹脂には、本発明の効果を損なわない範囲で他の成分が共重合されていても良い。さらに、本発明で用いる樹脂は、艶消剤、難燃剤、滑剤等の既知添加剤を少量含有していても良い。
【００１２】
本発明において、ポリエステルの固有粘度は、好ましくは０．５ｄｌ／ｇ以上である。なお、本発明の方法は特に高分子量樹脂の溶融紡糸に効果的であるため、例えば固有粘度０．８ｄｌ／ｇ以上のポリエステルなどを好適に紡糸できる。
【００１３】
本発明において、紡糸工程は常法によって実施することができ、ポリエステル樹脂を溶融、計量し、紡糸口金より吐出する。本発明では、引き続いて、吐出された樹脂は、紡糸口金面より紡糸線に沿って１５ｃｍまでの間において特定のエネルギー密度で炭酸ガスレーザにより照射される。なお本発明における口金面とは、吐出された樹脂が自由表面を持って伸長変形可能となる位置を意味する。
本発明の方法における重要な条件は、紡糸口金面から紡糸線に沿って１５ｃｍまでの間において、走行する樹脂に対し２０Ｗ／ｃｍ^２以上のエネルギー密度で炭酸ガスレーザを照射し吐出された樹脂を加熱することである。
【００１４】
既述したように高分子量樹脂の溶融紡糸などにおいては、樹脂の伸長粘度が増加するため紡糸応力が増加し、得られる繊維の延伸性が低下するのみならず、製糸性も悪化する。このため従来技術では吐出された樹脂を可能な限り高温で細化させるため口金直下での樹脂の冷却を遅くする技術が検討されてきた。口金直下での樹脂温度を高めるには紡糸温度そのものを高くすれば良いが、重縮合系樹脂の場合、吐出する以前に熱分解により分子量低下が進むため紡糸温度は可能な限り低くしたいという要請もある。したがって、分子量低下の抑制と樹脂温度が高い状態での細化の促進は背反する関係にあった。
【００１５】
そこで、吐出直後での樹脂の積極的な加熱が重要となる。本発明者らは紡糸口金面より紡糸線に沿って１５ｃｍまでの領域であれば、炭酸ガスレーザを照射することで樹脂温度を短時間できわめて高温に到達させ得ることを見出したのである。加えてこの手法は雰囲気温度によらず樹脂温度のみを高めることができるため、樹脂は温度上昇した後も雰囲気により速やかに冷却され、高温にさらされる時間を極めて短くできる。このことにより樹脂の熱分解を防ぎ分子量を低下させることなく、製糸性ならびに得られる繊維の延伸性を向上することができるのである。
【００１６】
本発明の方法における炭酸ガスレーザ照射位置は、紡糸口金面より紡糸線に沿って１５ｃｍまでの間の任意の位置である。吐出された樹脂は、この領域であれば走行速度も遅いため、炭酸ガスレーザにより十分加熱することができる。加えて紡糸張力も低いため、樹脂の揺れも小さく、加熱に必要な照射面積を小さくすることができるので、省エネルギー化も可能となる。紡糸口金面から１５ｃｍを越えた位置でも照射エネルギー密度を調整すれば樹脂温度を高めることは可能であるが、その場合、過度に高いエネルギー密度が必要となるため工業的には適していない。
【００１７】
本発明におけるレーザの照射エネルギー密度は、通常２０Ｗ／ｃｍ^２以上である。２０Ｗ／ｃｍ^２以上で加熱の効果は発現し、エネルギー密度を大きくするにつれてさらに効果は高まる。エネルギー密度の上限は、ポリエステル樹脂の種類、温度、吐出条件によって変化するため、一律に規定することはできないが、過度に高めると吐出条件のわずかな振れによって紡糸した繊維が溶断するといった問題がある。従って、実効的な上限は１０００Ｗ／ｃｍ^２程度であるが、これを越えるエネルギー密度を排除するものではない。
なお、照射エネルギー密度は、炭酸ガスレーザ照射装置と走行樹脂との間の距離の増加に伴い減少する場合があるため、本発明では炭酸ガスレーザ照射装置から走行樹脂の位置だけ離れた場所で測定されるエネルギー密度を用いる。
【００１８】
本発明で用いる炭酸ガスレーザとは、単色光であり、平行光線であり、コヒーレントである光線を指す。炭酸ガスレーザは、大出力が得られること、安価なことから、重要である。炭酸ガスレーザビーム照射は片面からの照射であっても良いが、照射位置での樹脂の直径が過度に大きい場合などのように加熱ムラが生じるおそれがある場合には、反射要素（鏡など）による反射や多方面からの照射などにより照射効率を高めることが好ましい。
【００１９】
本発明に従って炭酸ガスレーザ照射を行うことにより紡糸されたポリエステル樹脂の温度を十分高めることはできるが、従来のいわゆる加熱筒や保温筒などの装置を併用することは、雰囲気温度を保つという観点から好ましい形態である。
【００２０】
本発明の方法において、繊維の引取方法および速度は特に限定されるものではなく、いわゆる２工程法、高速紡糸法などの任意の方法を採用することができる。
また本発明ではフラットヤーンを得ることができる。なお、ここでいう「フラットヤーン」とは、実質的に断面内不均一構造を持たず、潜在捲縮性を持たない糸のことである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明により、高分子量ポリエステル樹脂など紡糸応力が高くなる条件でも安定した製糸が可能となり、さらに従来手法よりも加熱効率に優れるため省エネルギー化が可能となる。また本発明の方法により得られる繊維は延伸性が向上するため、所望とする繊度の製品を得るための延伸倍率を高めることができ、単位時間当たりの原糸の供給量、すなわち紡糸時の吐出量を高くすることが可能となり生産性も向上する。
【００２２】
【実施例】
以下実施例および比較例により、本発明を具体的かつより詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例により制限されるものではない。なお、実施例および比較例中の物性値は以下の方法によって測定した。
【００２３】
Ａ．エネルギー密度
樹脂が走行していない状態で、樹脂の走行位置にレーザパワーメーターを設置して炭酸ガスレーザの照射エネルギーを測定し、これを照射時の繊維直径から求めた断面積で除した。なお炭酸ガスレーザビームの拡がりは約１ｍｒａｄである。
Ｂ．重量平均分子量
昭和電工社製Ｓｈｏｄｅｘ ＧＰＣ−１０１を用い、溶離液ヘキサフルオロイソプロパノール（ＨＦＩＰ）、カラムＨＦＩＰ−８０６Ｍ×２、検出器ＲＩ、流速１．０ｍｌ／ｍｉｎにてＧＰＣ測定し、分子量既知のポリエチレンテレフタレートを用いて換算して、重量平均分子量を求めた。
Ｃ．伸度
島津製作所社製オートグラフを用い、初期試料長１００ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎにて測定した。
Ｄ．複屈折
オリンパス社製ＢＨ−２偏光顕微鏡を用い、ベレック式コンペンセーターによる干渉縞法にて測定した。
【００２４】
実施例１および比較例１
ポリエチレンテレフタレート（ＩＶ＝１．０：原料メーカーによる測定値）を、１軸エクストルーダーを用いて紡糸温度３００℃、口金ヒーター３２０℃において、紡糸口金（孔径１．０ｍｍφ、孔数１）より吐出量３ｇ／minで吐出した。この口金面より紡糸線下流側１cmのところにエネルギー密度７２Ｗ／cm^２の炭酸ガスレーザを照射し、１０００ｍ／minの紡糸速度で引き取ってポリエステル繊維を得た（実施例１）。
一方、レーザを照射しないこと以外は実施例１と同様の方法で溶融紡糸を行い、ポリエステル繊維を得た（比較例１）。
【００２５】
得られた繊維の物性を表１に示す。実施例１では比較例１と重量平均分子量は同様であるが、複屈折が減少し、伸度が増加しており、口金面下１cmの位置でエネルギー密度７２Ｗ／cm^２のレーザを照射することにより、低配向であり、延伸性が高い繊維が得られることが分かる。
【００２６】
実施例２および比較例２
ポリエチレンテレフタレート（ＩＶ＝０．６４：原料メーカーによる測定値）を、１軸エクストルーダーを用いて、紡糸温度２９０℃、口金ヒーター２９０℃において、紡糸口金（孔径０．５ｍｍφ、孔数１）より吐出量３ｇ／ｍｉｎで吐出した。この口金面より紡糸線下流側１ｃｍのところにエネルギー密度１０２Ｗ／ｃｍ^２の炭酸ガスレーザを照射し、６０００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で引き取って、ポリエステル繊維を得た（実施例２）。なお約１時間の紡糸中に糸切れは発生しなかった。
一方、炭酸ガスレーザを照射しないこと以外は実施例２と同様の方法で溶融紡糸を行い、ポリエステル繊維を得た（比較例２）。なお約１時間の紡糸中に糸切れが１回発生した。
【００２７】
得られた繊維の物性を表１に示す。実施例２では比較例２と重量平均分子量は同様であるが、複屈折が減少、伸度が増加しており、口金面下１ｃｍの位置でエネルギー密度１０２Ｗ／ｃｍ^２の炭酸ガスレーザを照射することにより、良好な製糸性で低配向の繊維が得られることが分かる。
【００２８】
実施例３および比較例３
照射するエネルギー密度を２１Ｗ／ｃｍ^２、紡糸速度を３０００ｍ／ｍｉｎとすること以外は実施例１と同様の方法で溶融紡糸を行い、ポリエステル繊維を得た（実施例３）。一方、炭酸ガスレーザを照射しないこと以外は実施例３と同様の方法で溶融紡糸を行い、ポリエステル繊維を得た（比較例３）。得られた繊維の物性を表１に示す。実施例３では比較例３と比べて複屈折が減少、伸度が増加しており、照射する炭酸ガスレーザのエネルギー密度が２１Ｗ／ｃｍ^２であれば、低配向であり、延伸性が高い繊維が得られることが分かる。
【００２９】
実施例４および比較例４
照射する位置を口金面より紡糸線下流側１５ｃｍの位置とし、照射するエネルギー密度を４８０Ｗ／ｃｍ^２、紡糸速度を５００ｍ／ｍｉｎとすること以外は実施例１と同様の方法で溶融紡糸を行い、ポリエステル繊維を得た（実施例４）。
一方、炭酸ガスレーザを照射しないこと以外は実施例４と同様の方法で溶融紡糸を行い、ポリエステル繊維を得た（比較例４）。得られた繊維の物性を表１に示す。実施例４では比較例４と比べて複屈折が減少、伸度が増加しており、照射する位置が口金面より１５ｃｍ紡糸線下流側でも炭酸ガスレーザのエネルギー密度が十分であれば低配向であり、延伸性が高い繊維が得られることが分かる。
【００３０】
比較例５
照射する位置を口金面より２０ｃｍ紡糸線下流側とすること以外は実施例１と同様の方法で溶融紡糸を行い、ポリエステル繊維を得た。得られた繊維の物性を表１に示す。比較例５では実施例１と比べて複屈折が増加、伸度が減少しており、炭酸ガスレーザを照射しない場合（比較例１）とほぼ同等となっていることから、照射する位置を口金面から遠くすると効果が極端に低減することが分かる。
【００３１】
【表１】

Claims (1)

1. ポリエステルを溶融紡糸してポリエステル繊維を製造する方法において、紡糸口金面から、該紡糸口金面より紡糸線に沿って１５ｃｍまでの間において、ポリエステルに２０Ｗ／ｃｍ^２以上のエネルギー密度で炭酸ガスレーザを照射することを特徴とするポリエテル繊維の製造方法。