JP4359999B2

JP4359999B2 - ポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法

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Publication number: JP4359999B2
Application number: JP2000069515A
Authority: JP
Inventors: 智隆纐纈; 磯雄斎藤
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: JP2001262436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリフェニレンサルファイドの製造方法に関するものである。さらに詳しくは、ポリフェニレンサルファイド繊維本来の特徴である耐熱性や耐薬品性を維持すると共に、高強度・高タフネスの特性を備えたポリフェニレンサルファイド繊維であって、これを織物などとして用いた時に、毛羽が少なく、品位の優れた基布を与えることが可能なポリフェニレンサルファイド繊維を高い生産効率、かつ優れた収率で製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリフェニレンサルファイドは、その優れた耐熱性や耐薬品性などの特徴を活かして、当初はエンジニヤリングプラスチックや耐熱性フィルムなどで実用化がなされてきたが、近年では、繊維分野においてもその利用が広がりつつあり、例えば、バグフィルター、モーター結束紐、モーターバインダーテープおよび抄紙用ドライヤーカンバスなどの用途に有用視されているばかりか、さらには新用途開発が進むにつれて、需要量も拡大している。
【０００３】
ポリフェニレンサルファイドの繊維の製造方法については、例えば特開昭５７−１４３５１８号公報により基本的な繊維化技術が開示されて以来、製糸技術の進歩に伴う物性の改良および製造プロセスの改良などについて、例えば特開平１−２２９８０９号公報および特開平４−１００９１５号公報などにより多くの提案がなされている。
【０００４】
そして、紡糸工程と延伸工程を直結した直接紡糸延伸法は、未延伸糸をボビンなどに一旦巻き取った後で逐次延伸する２工程法と比較して、生産性が大幅に高いことが知られており、ポリフェニレンサルファイド繊維についても、この直接紡糸延伸法により製造されることが従来より公知である。
【０００５】
すなわち、特開昭５７−１４３５１８号公報には、溶融紡糸されたポリフェニレンサルファイド未延伸糸を延伸工程に供し、供給ロールと引張ロールとの間において自然延伸比以上の延伸を行う際に、熱板や熱ロールなどによって、未延伸糸条をガラス転移点付近の温度（８０〜１２０℃）の範囲に加熱して２段延伸する方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平１−２２９８０９号公報には、ポリフェニレンサルファイド繊維を延伸・熱処理するときの毛羽・断糸の発生を抑えるために、溶融紡糸した糸条に０．５〜１％の予備延伸を付与した後、延伸後の繊維の破断伸度が４５％以下となるように８５〜１１０℃の温度で１段延伸を行った後、この１段延伸糸条を１００〜１４０℃の温度で定長乃至弛緩熱セットし、さらに１５０℃〜融点以下の温度で定長乃至弛緩熱セットする方法が開示されている。
【０００７】
しかるに、これら従来の紡糸延伸法を適用した場合には、高強度かつ高タフネスのポリフェニレンサルファイド繊維が必ずしも得られないばかりか、延伸中の毛羽が必ずしも少ないとはいえず、また紡糸速度が高速とならざるを得ない直接紡糸延伸法であることから、紡糸中の糸切れが頻繁に発生して、長時間の安定した生産を行うことができないという問題があった。しかも、これらの従来法においては、紡糸速度を低くくすれば生産性が悪くなり、なおかつ延伸中に毛羽が発生するという問題もあった。
【０００８】
したがって、例えばポリアミド繊維やポリエチレンテレフタレート繊維などで用いられている直接紡糸延伸法を、単純にポリフェニレンサルファイドに適応したとしても、高強度かつ高タフネスで、延伸中における毛羽や糸切れの発生が少ない繊維を得ることは困難であった。
【０００９】
また、特開平４−１００９１５号公報には、特定の分子量をもったポリマを使用し、口金温度を２７０〜３１０℃とした口金から紡出させて延伸熱処理する方法が開示されているが、融点が２８５℃である通常のポリフェニレンサルファイドポリマを用いて高々２９０℃程度の口金温度で紡糸する場合には、吐出が不安定となって、毛羽や紡糸中の糸切れが多発するという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術における問題点の解決を課題として検討した結果達成されたものである。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、ポリフェニレンサルファイド繊維本来の特徴である耐熱性や耐薬品性を維持すると共に、高強度・高タフネスの特性を備えたポリフェニレンサルファイド繊維であって、これを織物などとして用いた時に、毛羽が少なく、品位の優れた基布を与えることが可能なポリフェニレンサルファイド繊維を高い生産効率、かつ優れた収率で製造する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法は、主として次の構成を有する。すなわち、
ポリフェニレンサルファイド繊維を直接紡糸延伸法にて製造するに際し、
（イ）メルトフローレート（ＭＦＲ）が１００〜６００のポリフェニレンサルファイドからなるポリマペレットを、ポリマ温度が２９５〜３２０℃となるように溶融し、（ロ）孔径（Ｄ）が０．１〜０．６mmで、孔長（Ｌ）と孔径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が２．５以上の口金孔を通して紡糸し、（ハ）紡糸糸条が通過する口金面から１０ｃｍ下における雰囲気温度を２５０℃以下とし、（ニ）次いで、冷却された紡糸糸条に水系油剤を付与して、この未延伸糸条を引き取りロールで引き取り、（ホ）引き取った糸条を直ちに延伸工程に移行させて、１．１〜１．５倍の１次延伸を行ない、引き続き２．０〜４．０倍の２次延伸を行なうか、または１．１〜１．５倍の１次延伸を行ない、引き続き２．０〜３．５倍の２次延伸を行った後、さらに１．０１〜１．２倍の３次延伸を行ない、（ヘ）続いて延伸糸条を巻き取ることを特徴とするポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法である。
【００１３】
なお、本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法においては、以下の（１）〜（５）が好ましい条件であり、これらの条件の適用によりさらにすぐれた効果を期待することができる。
（１）前記（ハ）の口金面から１０ｃｍ下における雰囲気温度が１５０〜２３０℃であること、
（２）前記（ニ）の紡糸糸条に対する水系油剤の固形分付着量が１．０〜３．０重量％であること、
（３）前記（ニ）の未延伸糸条の引き取り速度が３００〜１０００ｍ／分であること、
（４）前記（ホ）の延伸工程に引き続き、延伸糸条に０．９〜０．９９倍の弛緩熱処理を施すこと、
（５）製糸速度が２０００ｍ／分以上であること。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法について、詳細に説明する。
本発明に係るポリフェニレンサルファイド繊維は、従来にない高強度かつ高タフネスの特性を有するものであり、かかる特性を活かして毛羽品位を有する織物用途、特にバグフィルター、モーター結束紐、モーターバインダーテープおよび抄紙用ドライヤーカンバスなどの分野に有用である。
【００１５】
図１は、本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法に用いる直接紡糸延伸装置の一例を示す概略図である。
図１において、ポリフェニレンサルファイドポリマは、好ましくはエクストルーダー型紡糸機１に供給されて溶融状態とされ、口金パック２の紡糸口金の細孔を通して紡出される。
【００１６】
次に、紡出糸条は断熱筒３を経て口金直下１０ｃｍ間の特定雰囲気温度に調整されたチムニー４を通り、続いてダクト５内で冷却を受けた後、油剤オイリングローラ６により水系油剤が付与され、引き取りローラ８により引き取られる。
【００１７】
そして、この未延伸糸条７は、ただちに引き取りローラ８／セパレートローラ８’とフィードローラ９／セパレートローラ９’との間で１次延伸され、次いでフィードローラ９／セパレートローラ９’と第１延伸ローラ１０／１０’との間で２次延伸、第１延伸ローラ１０／１０’と第２延伸ローラ１１／１１’との間で３次延伸、さらには第２延伸ローラ１１／１１’とリラックスローラ１２／１２’との間でによりリラックス処理を受けた後、ワインダー１４に巻き取られる。
なお、図中の符号１３は、後述する実施例において単繊維切れを評価するために設けられた毛羽検知装置である。
【００１８】
次に、本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法について、さらに詳しく説明する。
まず、上記（イ）において、本発明で用いるポリフェニレンサルファイドからなるポリマペレットは、そのメルトフローレート（ＭＦＲ）を１００〜６００とするものである。メルトフローレートが１００未満では、目的とする繊維物性が得られず、一方、６００を越えると、溶融粘度が高過ぎて安定な紡糸が困難となる。
【００１９】
なお、ここでいうメルトフローレート（ＭＦＲ）とは、測定温度３１６℃、荷重５Ｋｇｆとし、ＡＳＴＭＤ１２３８−８２法によって測定されたポリマの溶融流れ性を示すパラメーターである。
【００２０】
また、本発明で用いるポリフェニレンサルファイドは実質的に線状のポリマとであることが好ましい。また、トリクロロベンゼン（ＴＣＢ）を０．１重量％以下含有したポリマであってもよい。
【００２１】
ポリフェニレンサルファイドのポリマペレットは、通常１４０〜１８０℃で８〜２４時間程度乾燥して用いることが好ましい。その理由は、主に低沸点異物を除去し、また適度に結晶化させることによって、紡糸機中でのスムーズな溶融が可能となるからである。
【００２２】
ポリフェニレンサルファイドのポリマペレットは、好ましくはエクストルーダー型紡糸機１で溶融し、ポリマ温度（紡糸温度）を２９５℃〜３２０℃として紡糸されるものである。紡糸温度とは紡糸パック中のポリマ温度であり、好ましくは３００〜３１５℃である。
【００２３】
次に、上記（イ）において、紡糸パック２中では、溶融ポリマを２０μ以下、好ましくは１０μ以下の開孔を有するフィルターを用いて濾過した後、紡糸口金の細孔を通して紡出する。本発明の製造方法において、紡糸口金は、孔径（Ｄ）０．１〜０．６ｍｍで、孔長（Ｌ）と孔径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が２．５以上の口金孔を有するものを用いるものである。特に孔長（Ｌ）と孔径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）は、紡糸安定性および延伸性、ひいては繊維の毛羽品位に大きな影響を及ぼすため、最適な条件を選ぶことが重要である。特に好ましい範囲は３．０〜８．０である。比（Ｌ／Ｄ）が２．５未満であると、安定した製糸が困難となり、糸切れや毛羽が頻発することが多い。
【００２４】
次いで、紡出糸条は断熱筒３を経て口金直下１０ｃｍ間に配置された雰囲気温度を２５０℃以下、好ましくは１５０〜２３０℃としてチムニー４を通過させるものである。このチムニー４は、口金直下１０ｃｍ下における雰囲気温度を上記の温度となるように保持された保温筒または加熱筒で囲まれた雰囲気である。
【００２５】
続いて、上記（ハ）において、糸条をダクト５を通過させ、このダクト５内で冷風で冷却する。冷風の温度は通常１０〜３０℃の範囲を用いるが、１００℃以下の温風を用いてもよい。
【００２６】
冷却固化した糸条には、油剤オイリングローラ６により、水系油剤が付与されるものであり、油剤を付与された未延伸糸条７は、引き続いて回転する引き取りローラ８で引き取る。ここで使用する油剤は、平滑剤、活性剤、乳化剤などを主成分とする水系エマルジョン油剤であることが必須である。ポリフェニレンサルファイド繊維の延伸熱処理において、ポリアミド繊維などに用いられる非含水油剤を用いると、単繊維間の摩擦が大きくなるため、毛羽や糸切れの要因となる。
【００２７】
また、未延伸糸に対する水系油剤の固形分付着量は、１．０〜３．０重量％となるように調整されるのが好ましい。水系油剤の固形分付着量をかかる好ましい範囲とすると未延伸糸条７と延伸ローラとの摩擦力が高くなりすぎず、延伸熱処理時に毛羽や糸切れを有効に抑制でき、また、ポリフェニレンサルファイド繊維としての性能が劣ってしまうこともない。
【００２８】
引き取りローラ８は、通常、３００〜１０００ｍ／分の速度とする。３００ｍ／分以下では生産効率が劣り、一方１０００ｍ／分以上では目的とする物性が得られないことがある。
【００２９】
次いで、未延伸糸条７は、本発明の製造方法において最も特徴的である上記（ホ）の延伸工程へ送られる。
すなわち、未延伸糸条７は、ただちに引き取りローラ８／セパレートローラ８’とフィードローラ９／セパレートローラ９’との間で１次延伸され、フィードローラ９／セパレートローラ９’と第１延伸ローラ１０／１０’との間で２次延伸、第１延伸ローラ１０／１０’と第２延伸ローラ１１／１１’との間で３次延伸、さらには第２延伸ローラ１１／１１’とリラックスローラ１２／１２’との間でによりリラックス処理を受けた後、ワインダー１４に巻き取られる。この延伸ゾーンでは、先ず１．１〜１．５倍の１次延伸を行った後、引き続き２．０〜４．０倍の２次延伸を行なうか、または、先ず１．１〜１．５倍の１次延伸を行った後、引き続き２．０〜３．５倍の２次延伸を行い、さらに１．０１〜１．５で３次延伸を行うことが特徴である。
【００３０】
ここで、１次延伸は一般にプレストレッチと称し、１．１倍未満、通常は１．０５程度が多く採用されているが、本発明の製造方法においては１．１〜１．５倍、好ましくは１．２〜１．４倍とするものであり、これは極めて特異な範囲であるといえる。１次延伸倍率が１．１倍未満では、目的とする物性が得にくいばかりか、特に織物用途で重要な毛羽品位における改良効果が得られない。一方、１次延伸倍率が１．５以上では、不均一な延伸が生じるため、特に織物用途で重要な毛羽品位における改良効果を得ることができない。
【００３１】
１次延伸は、引き取りローラ８とフィードローラ９との間で行ない、引き取りローラ８の温度は、ポリフェニレンサルファイドのガラス転移温度（Ｔｇ）以下、すなわち９０℃以下、好ましくは３０〜６０℃に、フイードローラ９の温度はＴｇ±２０℃、すなわち７０〜１１０℃で、引き取りローラ８よりも高い温度に設定する。
【００３２】
次に、フィードローラ９と第１延伸ローラ１０間での２次延伸は、２段延伸で完了させる場合は２．０〜４．０倍で、また３段延伸を施す場合の２段延伸は２．０〜３．５倍で行うものである。第１延伸ローラ１０の温度は９０〜１３０℃で、フィードローラ９の温度より高い温度に設定することが好ましい。２次延伸倍率が上記の範囲を外れる場合には、目的とする繊維物性を得にくいばかりか、織物用原糸とした場合の優れた毛羽品位を得ることができない。
【００３３】
また、３段延伸の場合には、第１延伸ローラ１０と第２延伸ローラ１１との間で第３次延伸を行う。第２延伸ローラ１１の温度は、１５０〜２６５℃とすることが好ましい。第２延伸ローラ１１の温度と、この第２延伸ローラ１１上への糸条捲回数が、得られるポリフェニレンサルファイド繊維の乾熱収縮率に大きく影響する。この第２延伸ローラ１１には糸条を少なくとも１秒間接触させることが好ましい。第３次延伸の延伸倍率は、１．０１〜１．２倍、好ましくは１．０３〜１．２倍と比較的低倍率に設定するものである。この範囲外では、目的とする繊維物性が得られないばかりか、織物用原糸とした場合の優れた毛羽品位を得ることができない。
【００３４】
次いで、延伸熱処理後の糸条は、第２延伸ローラ１１とリラックスローラ１１との間で、通常０．９０〜０．９９の延伸倍率、すなわちち弛緩条件下に加熱しながら延伸歪みを緩和された後、巻き取り直前にワインダー１４に巻取られる。
【００３５】
かくして得られる本発明のポリフェニレンサルファイド繊維は、強度が４．３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度が２２％以上と、高強度・高タフネスの特性を備え、しかも特に織物用途などに適した毛羽品位を有するものであり、このような特性がが要求されるバグフィルター、モーター結束紐、モーターバインダーテープおよび抄紙用ドライヤーカンバスなどの用途にきわめて有用である。
【００３６】
また、本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法によれば、上記の優れた特性を有する繊維を、高い生産効率でかつ優れた収率で得ることができる。すなわち、直接紡糸延伸法により、製糸速度２０００ｍ／分以上、通常は３０００ｍ／分以上で、かつ２糸条以上の多糸条同時延伸法で効率良く生産することができる。また、製造時、特に延伸時の毛羽の発生が著しく少なく、整径工程での毛羽発生は十数ケ／千万ｍ以下、通常は数ケ／千万ｍであり、産業資材用途に用いられているポリアミド繊維やポリエステル繊維の場合に比べて遜色ないレベルであるといえる。
【００３７】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明の明細書および実施例中に記載した繊維特性の定義および測定方法は次の通りである。
（ａ）強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）、伸度（％）
ＪＩＳＬ１０１３の方法に依った。詳しくは、試長２５ｃｍ、引張り速度３０ｃｍ／分の条件で測定した。
（ｂ）糸切れ（回／ｔ）
１トンあたりの糸切れ回数を算出した。
（ｃ）単繊維切れ（個／千万ｍ）
巻き取り直前で、毛羽検知装置（（株）キーエンス製のセンサーＧＨ５１３とアンプＧＡ２４５から成る）と切断した単繊維とが接触した回数を、１千万ｍあたりの個数として算出した。
（ｄ）整経毛羽（個／千万ｍ）
整経工程での毛羽個数を単繊維切れと同様に算出した。
【００３８】
［実施例１］
ＭＦＲが２４０のポリフェニレンサルファイドポリマを、１０トール真空下の状態でエクストルダー型紡糸機によりポリマ温度が３１５℃になるように溶融し、紡糸パック中で溶融ポリマを５μの細孔を有する金属フィルターで濾過した後、孔径０．３０ｍｍ、孔深度／孔径の比が４の吐出孔を５０ホール有する紡糸口金を通して紡出し、吐出量は巻取り糸条が２２０ｄｔｅｘとなるように製糸条件に合わせた。
口金の直下に断熱筒を設置し、口金面下１０ｃｍの雰囲気温度が２２０℃である雰囲気を通過させ、この糸条をただちに２５℃の冷風で冷却し、冷却固化した未延伸糸条に、未延伸糸に対する油剤固形分付着量が１．５重量％になるよう水系エマルジョン油剤を付与した。
次いで、６００ｍ／分の速度で回転する５０℃に加熱した引取りロールで引取り、この未延伸糸条を一旦巻き取ることなく連続して９０℃に加熱したフィードロールとの間で１．３０倍の１次延伸を行った。引き続いてフィードロールと１０５℃の第１延伸ロールとの間で３．０倍の２次延伸を行った。さらに、糸条に第２延伸ロールとリラックスロールとの間で０．９８倍の弛緩処理を施し、ワインダーで巻き取ることにより、単繊維繊度４．５ｄｔｅｘのポリフェニレンサルファイド繊維を得た。
上記製造条件と得られたポリフェニレンサルファイド繊維の特性は表１に示す通りであった。表１の結果から明らかなように、本発明の条件を満たす製造方法により得られたポリフェニレンサルファイド繊維（実施例１〜４）は、強度が４．３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度が２２％以上と、高強度・高タフネスの特性を備え、しかも特に織物用途などに適した毛羽品位を有するものである。
【００３９】
【表１】

【００４０】
［実施例２〜４、比較例１〜６］実施例１の製造条件のうち１部を表１に示したように変更した以外は同様の条件で紡糸、延伸することにより、９種類のポリフェニレンサルファイド繊維を得た。得られた各ポリフェニレンサルファイド繊維の評価結果及び特性を表１に併記した。本発明の条件を一つでも欠く製造方法により得られたポリフェニレンサルファイド繊維（比較例１〜６）は、高強度・高タフネスの一方または両方を満たさず、しかも毛羽品位の劣るものである。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のポリフェニレンサルファイド繊維は、強度が４．３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、伸度が２２％以上と、高強度・高タフネスの特性を備え、しかも特に織物用途などに適した毛羽品位を有るものであり、このような特性がが要求されるバグフィルター、モーター結束紐、モーターバインダーテープおよび抄紙用ドライヤーカンバスなどの用途にきわめて有用である。
【００４２】
また、本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法によれば、上記の優れた特性を有する繊維を、高い生産効率でかつ優れた収率で得ることができる。すなわち、直接紡糸延伸法により、製糸速度２０００ｍ／分以上、通常は３０００ｍ／分以上で、かつ２糸条以上の多糸条同時延伸法で効率良く生産することができる。また、製造時、特に延伸時の毛羽の発生が著しく少なく、整径工程での毛羽発生は十数ケ／千万ｍ以下、通常は数ケ／千万ｍであり、産業資材用途に用いられているポリアミド繊維やポリエステル繊維の場合に比べて遜色ないレベルであるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法に用いる直接紡糸延伸装置の一例を示す概略図。
【符号の説明】
１紡糸機
２口金パック
３断熱筒
４チムニー
５ダクト
６油剤オイリングロール
７未延伸糸条
８引取りローラ
９フィードローラ
８’，９’ セパレートローラ
１０，１０’ 第１延伸ローラ
１１，１１’ 第２延伸ローラ
１２，１２’ リラックスローラ
１３毛羽検知装置
１４ワインダー

Claims

ポリフェニレンサルファイド繊維を直接紡糸延伸法にて製造するに際し、
（イ）メルトフローレート（ＭＦＲ）が１００〜６００のポリフェニレンサルファイドからなるポリマペレットを、ポリマ温度が２９５〜３２０℃となるように溶融し、
（ロ）孔径（Ｄ）が０．１〜０．６mmで、孔長（Ｌ）と孔径（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が２．５以上の口金孔を通して紡糸し、
（ハ）紡糸糸条が通過する口金面から１０ｃｍ下における雰囲気温度を２５０℃以下とし、
（ニ）次いで、冷却された紡糸糸条に水系油剤を付与して、この未延伸糸条を引き取りロールで引き取り、
（ホ）引き取った糸条を直ちに延伸工程に移行させて、１．１〜１．５倍の１次延伸を行ない、引き続き２．０〜４．０倍の２次延伸を行なうか、または１．１〜１．５倍の１次延伸を行ない、引き続き２．０〜３．５倍の２次延伸を行った後、さらに１．０１〜１．２倍の３次延伸を行ない、
（ヘ）続いて延伸糸条を巻き取ること
を特徴とするポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法。
前記（ハ）の口金面から１０ｃｍ下における雰囲気温度が１５０〜２３０℃であることを特徴とする請求項１に記載のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法。
前記（ニ）の紡糸糸条に対する水系油剤の固形分付着量が１．０〜３．０重量％であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法。
前記（ニ）の未延伸糸条の引き取り速度が３００〜１０００ｍ／分であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法。
前記（ホ）の延伸工程に引き続き、延伸糸条に０．９〜０．９９倍の弛緩熱処理を施すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法。
製糸速度が２０００ｍ／分以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のポリフェニレンサルファイド繊維の製造方法。