JP4515919B2

JP4515919B2 - ゴム補強用ポリエステル繊維の製造方法

Info

Publication number: JP4515919B2
Application number: JP2005002307A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎嶋田; 冬樹寺阪
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Fibers Ltd
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: JP2006188796A

Description

本発明はゴム補強用繊維に関し、さらに詳しくは、高強度かつ寸法安定性に優れたゴム補強用ポリエステル繊維に関する。

ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレートよりなる繊維は、多くの優れた特性を有するがゆえに、衣料用のみならず、ゴム成型品、例えばタイヤ、Ｖ−ベルト、コンベアベルト、タイミングベルト、ゴムホース等の補強用にも使用されている。

このようなゴム補強用ポリエステル繊維には、高強度で且つ低収縮性であることが要求される。例えば、コンベアベルト、ゴムホース用途においては成型時の寸法安定性から益々の低収縮化、過酷な使用条件下での耐久性、耐疲労性が要求されている。また、タイヤコード用としては、タイヤ成型時の保留向上のため、更なる低収縮化、乗心地の向上のための高モジュラス化、また大型タイヤへの適用には耐疲労性の向上、一方Ｖ−ベルト用コードとしてはメンテナンスフリーのために高モジュラス化、耐疲労性が要求されている。

さらに紡糸引取後一旦巻き取ることなく延伸する、いわゆる直接紡糸延伸法によって製造工程の簡素化を行おうとする技術的動向がある。しかし直接延伸法における高速製糸、特に捲取速度が５０００〜８０００ｍ／分のような高速製糸においては、加熱延伸時の熱処理時間が短く、また随伴気流等による熱処理効率の低下によって、充分な熱処理効果、結晶化度の増加が得られにくいという問題があった。

そこで例えば特許文献１などに紡糸後の冷却状態を調節して熱寸法安定性を向上させる方法が開示されているが、特にゴム中での繊維の疲労性に関してはまだまだ満足のいくものではなかった。
特開平６−３１３２１１号公報

本発明の目的は、高強度かつ寸法安定性に優れながら、ゴム中での耐疲労性に優れたポリエステル繊維を提供することにある。

本発明のゴム補強用ポリエステル繊維の製造方法は、エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリエステルからなる糸条を３０００〜５０００ｍ／分の引取速度で紡糸し、中間未延伸糸の複屈折率を０．０７５〜０．０９０とし、一旦捲取ることなく引き続いて該糸条の最大延伸倍率の７５〜９５％の範囲となるように２段以上の延伸処理し、最終延伸ロールの熱処理温度が１７０〜２３０℃であり、その後１〜１０％の緊張率にて１５０℃以上かつ最高延伸温度以下の温度範囲で加熱ローラにて緊張熱処理し、弛緩させることなく５０００〜８０００ｍ／分で巻き取ることを特徴とする。

さらには、最終段の延伸温度が１５０〜２５０℃の範囲であり、最終段以外の延伸温度が５０〜１５０℃の範囲であることや、緊張熱処理が、直径１００〜３００ｍｍの２本の金属ロール間を３〜３０回巻きつけて処理するものであることが好ましい。

本発明によれば、高強度かつ寸法安定性に優れながら、ゴム中での耐疲労性に優れたポリエステル繊維が提供される。

本発明で用いられるポリエステルはエチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするものである。さらには分子鎖中にエチレンテレフタレート繰返単位を９０モル％以上、好ましくは９５モル％以上を含有するポリエステルであることが好ましい。かかるポリエステルには、他の共重合成分を含んでも差し支えなく、このような共重合成分としては例えばイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、アジピン酸、オキシ安息香酸、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメリット酸、ペンタエリスリトール等が挙げられる。又これらのポリエステルには安定剤、着色剤等の添加剤を含んでも差し支えない。

本発明の製造方法ではまず、上記のポリエステルからなる糸条を２５００〜５０００ｍ／分の引取速度で紡糸する。より具体的には、ポリエステルを溶融状態で紡出し、冷却条件を調整して固化せしめ、適量の油剤を付与したのちに引取速度２５００〜５０００ｍ／分、より好ましくは３０００〜４５００ｍ／分で引取ることが好ましい。このとき最終的に延伸熱処理後の単糸繊度が１〜５ｄｔｅｘ、好ましくは２〜３ｄｔｅｘとなるように吐出量を調整することが好ましい。

このようにして得た中間未延伸糸は密度１．３６０〜１．３７５、複屈折０．０６５〜０．０９０であることが好ましく、ゴム補強用ポリエステル繊維としての強度、疲労性などの要求性能を高いレベルで満足させることができる。

次いで本発明においては上記の中間未延伸糸を引取った後、一旦捲取ることなく引き続いて糸条の最大延伸倍率の７５〜９５％の範囲で２段以上延伸処理する。延伸は２段延伸以上の多段延伸で行うことが肝要である。１段延伸では本発明のような直接延伸による高速製糸では目的とする強度レベルには到達できず、また糸切れが多発する。延伸段数としては得られる延伸糸の性能向上と設備費、運転コスト等を考慮すると２〜３段であることが好ましい。延伸倍率は、糸条の最大延伸倍率の７５〜９５％の範囲とすることが必要である。これが７５％未満ではゴム補強用ポリエステル繊維として充分な性能が得られず、一方、９５％以上では糸切れが発生しやすく生産性が低下する。

また温度条件としては、最終段の延伸温度が１５０〜２５０℃の範囲であり、最終段以外の延伸温度が５０〜１５０℃の範囲であることが好ましく、延伸方法としては２本一組の金属ローラから構成された延伸ローラであることが好ましい。より具体的には直径１００〜３００ｍｍの２本の金属ローラ間に繊維を３〜３０回巻き付けて処理するものであることが好ましい。最終段の延伸温度が１５０℃以下では延伸後のポリエステル繊維の結晶化が進まず熱処理効果は得られない。一方、２５０℃以上ではポリエステル繊維が延伸ロール表面への融着が起こりやすく、糸切れが多発し、また、品位の低下が起こってしまう。最終延伸ロールの熱処理温度としては１７０〜２３０℃であることがより好ましい。そして多段延伸を構成する延伸ロール群のうち、最終延伸ローラを除く全ローラの表面温度が５０〜１５０℃の範囲である場合、ローラへのポリエステルの融着や得られるポリエステル繊維の品位低下を防止することができる。

ここで、本発明における重要な構成要素として、最終延伸ローラにて１５０〜２５０℃の熱処理を施した後に、１〜１０％の緊張率にて１５０℃以上かつ最高延伸温度以下の温度範囲の緊張熱処理を行うことが重要である。ここで最大延伸温度とは先の延伸ローラのうち最も高い温度のことを指す。さらには最高延伸温度よりも２０℃以上低いことが好ましい。

緊張熱処理時には、最も高い温度条件である最終延伸熱処理後に１〜１０％の緊張率が必要であり、さらには１．５〜５％であることが好ましい。弛緩熱処理や緊張率１％未満の条件では充分な張力が得られず、要求性能を満足できるゴム補強用ポリエステル繊維は得られない。一方、緊張率が１０％以上では、断糸や単糸切れが多発するために生産性および製品品位が低下してしまう。

さらに本発明における緊張熱処理の温度条件としては、上記の緊張率条件下にて１５０℃〜２５０℃での熱処理である必要がある。１５０℃以下では結晶化が進まず本発明の緊張熱処理効果は得られない。一方、２５０℃以上ではポリエステル繊維の糸切れが多発し、品位の低下が起こってしまう。熱処理温度としては、１７０〜２３０℃がさらに好ましい。このような熱処理手段としては加熱ローラ、加熱水蒸気、加熱ゾーンヒーター等特に限定されるのものではないが、中でも加熱ローラが簡便でかつ熱効率も良好で好ましい。

加熱ローラを用いた緊張熱処理としては２本一組の金属ローラから構成された熱処理ローラを用いたものであることが好ましい。より具体的には直径１００〜３００ｍｍの２本の金属ローラ間に繊維を３〜３０回巻き付けて処理するものであることが好ましい。直径が小さい場合には本発明のような高速紡糸においてはローラの回転数を極端に上げなくてはならず、連続運転が困難である。巻き付け回数が少ない場合には充分な熱量が得にくく、張力変動もおきやすい傾向にある。また直径が大きい場合や、巻き付き回数が大きい場合にはレイアウト上の制約が大きくなる。

そして緊張熱処理を行った繊維は、弛緩熱処理せずに４０００〜８０００ｍ／分の捲取速度で捲き取る。
巻き取り後のポリエステル繊維は、３５℃オルソクロロフェノール溶液から求めた固有粘度が０．９０以上であることが、さらには０．９０〜１．３０であることが好ましい。固有粘度が低い場合には強度、疲労性が低下し、収縮率が上がる傾向にある。また強度としては５〜１０ｃＮ／ｄｔｅｘであることが、伸度としては１０〜２０％の範囲であることが好ましい。

また本発明の方法により得られるポリエステル繊維をゴム補強用コードとして使用する場合には、例えば以下の方法を適用することが好ましい。すなわち、該ポリエステル繊維を撚係数Ｋ＝Ｔ・Ｄ^１／２（Ｔは１０ｃｍ当りの撚数、Ｄは撚糸コードの繊度）が９００〜２５００で合撚糸して撚糸コードとなし、該コードに接着剤を付与した後１８０〜２５０℃で熱処理する。この際、実質的に延伸が起こらない条件で緊張熱処理することが好ましい。

かくして得られるポリエステルコードは、荷重０．０２Ｎ／ｄｔｅｘ時の中間伸度Ａ（％）と１５０℃乾熱収縮率Ｂ（％：ＪＩＳＬ−１０１７（５．１２）に準拠）との和が８以下、好ましくは４〜７．８の範囲となり、高モジュラス、低収縮の特性を示すことが好ましい。

このような本発明の製造方法にて得られるゴム補強用ポリエステル繊維は、最終延伸ロールで熱処理したのちに高張力下で高温熱処理を施すことによって、充分な熱処理効果、および延伸糸の結晶化度の増加が得られ、高強度かつ低収縮、耐疲労性に優れたタイヤ、ベルト、ホース等のゴム補強用ポリエステル繊維として最適な繊維となる。

以下、本発明を実施例により説明する。なお、上記の説明及び実施例に記載した特性値は、以下の方法で測定した。
（１）強力、伸度、４４Ｎ荷伸、１５０℃乾収
ＪＩＳＬ１０１７に準じた方法で測定した。なお、４４Ｎ荷伸は、総繊度２２００ｄｔｅｘのコードに４４Ｎをかけた、すなわち０．０２Ｎ／ｄｔｅｘ時の荷重伸度であり、１５０℃乾収は１５０℃時の乾熱収縮率を表す。
（２）固有粘度
オストワルト粘度計を用いて３５℃オルソクロロフェノール溶液にて測定した。
（３）複屈折
偏光顕微鏡を用い、ブロムナフタレンを浸漬液としペレックコンペンセンターを用いたリターデーション法により測定した。（共立出版社発行：高分子実験が化学講座高分子物性１１参照）
（４）密度
四塩化炭素／ｎ−ヘプタン密度勾配管を用い、２５℃で測定した。
（５）ディスク疲労性
ＪＩＳＬ１０１７−１．３．２．２に準じた方法で測定した。なお、伸張率６．３％、圧縮率１２．５％とし、２４時間連続運転後の強力維持率を求めた。

［実施例及び比較例］
固有粘度１．０３のポリエチレンテレフタレートをエクストルーダー型紡糸機で溶融し、紡糸温度３００℃で孔径０．８ｍｍ、孔数５００孔の紡糸口金から紡糸した。吐出量は、延伸後の繊度が１１００ｄｔｅｘとなるように調整した。その紡出糸条を冷却固化せしめ、油剤付与装置にて油剤を付与後に表１記載の引取速度で引取り、一旦捲取ることなく５０℃に加熱された直径１８０ｍｍの２本１組の金属ローラに供給し２０回巻き付け、直径１８０ｍｍの２本１組の２０回巻き付けた引取ローラとの間で表１記載の倍率（ＤＲ_１）で第一段延伸後、８０℃に加熱された直径１８０ｍｍの加熱ローラへ供給し表１記載の倍率（ＤＲ_２）で第二段延伸し、１９０℃に加熱された直径１８０ｍｍの２本１組の２０回巻き付けたローラで熱処理し、次いで１６０℃の直径１８０ｍｍの２本１組の２０回巻き付けた加熱ローラを用いて表１記載の緊張率（ＳＲ_３）で緊張熱処理し、表１記載の捲取速度で引取った。中間未延伸糸及び得られた延伸糸の特性を表１に記した。

さらに得られたポリエステル延伸糸を４９０回／ｍのＺ撚を与えた後これを２本合わせて４９０回／撚のＳ撚を与えて１１００ｄｔｅｘ×２本の生コードとした。この生コードを接着剤（ＲＦＬ）液に浸漬し、２００℃で２分間緊張熱処理した。この処理コードの特性及びゴム中に埋め込み加硫してディスク疲労性を測定した。その結果を併せて表１に記した。

Claims

エチレンテレフタレートを主たる繰り返し単位とするポリエステルからなる糸条を３０００〜５０００ｍ／分の引取速度で紡糸し、中間未延伸糸の複屈折率を０．０７５〜０．０９０とし、一旦捲取ることなく引き続いて該糸条の最大延伸倍率の７５〜９５％の範囲となるように２段以上の延伸処理し、最終延伸ロールの熱処理温度が１７０〜２３０℃であり、その後１〜１０％の緊張率にて１５０℃以上かつ最高延伸温度以下の温度範囲で加熱ローラにて緊張熱処理し、弛緩させることなく５０００〜８０００ｍ／分で巻き取ることを特徴とするゴム補強用ポリエステル繊維の製造方法。
最終段の延伸温度が１５０〜２５０℃の範囲であり、最終段以外の延伸温度が５０〜１５０℃の範囲である請求項１記載のゴム補強用ポリエステル繊維の製造方法。
緊張熱処理が、直径１００〜３００ｍｍの２本の金属ロール間を３〜３０回巻きつけて処理するものである請求項１記載のゴム補強用ポリエステル繊維の製造方法。