JP4791844B2 - Polyester fiber - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤコードなどのゴム補強用途、ベルト用途、スリング用途、漁網などのネット用途あるいはロープ等の産業資材用途などに特に適した高いタフネスを有しつつも、強度、弾性率および熱安定性のいずれにも優れたポリエステル繊維に関するものである。   The present invention has high toughness particularly suitable for rubber reinforcement applications such as tire cords, belt applications, sling applications, net applications such as fishing nets, and industrial material applications such as ropes, etc., but also strength, elastic modulus and thermal stability. It relates to a polyester fiber excellent in both properties.

近年のハイテクノロジー化の中、タイヤコードやゴムホース、ゴムベルトなどのゴム補強用途、シートベルトなどのベルト、スリング用途、魚網、陸上ネットなどのネット用途、ロープ用途などの産業資材用途において、構造材(製品)の性能向上のためには、該構造材に用いる繊維の力学的特性の向上が必須のことである。
これに加え、産業資材用途に用いられる繊維は、高荷重下で繰り返し伸長圧縮を受けるなどの過酷な条件下で使用される場合が多く、擦過や変形などによる力学的特性の経時的低下(劣化)が少ないことも重要である。
In recent years of high technology, structural materials (for rubber reinforcement applications such as tire cords, rubber hoses, rubber belts, belts such as seat belts, slings, nets such as fish nets and land nets, and industrial materials such as ropes) In order to improve the performance of the product, it is essential to improve the mechanical properties of the fibers used in the structural material.
In addition, fibers used for industrial materials are often used under harsh conditions such as repeated elongation and compression under high loads, and mechanical characteristics deteriorate over time due to abrasion and deformation (deterioration). ) Is also important.

一般に、このような経時的劣化を抑制するためには、エネルギー吸収率の向上、つまり、高い強度および弾性率を有しつつも適度な伸度を有すること必要である。この特性をタフネスと称し、タフネス=強度×(伸度)1/2で表わされる値である。
また、繊維を構造材とするためには、熱セットや他素材との接着工程などの加熱処理が行われるため、繊維の力学的特性を構造材の性能に結びつけるためには、熱安定性も極めて重要な特性である。
In general, in order to suppress such deterioration over time, it is necessary to improve the energy absorption rate, that is, to have moderate elongation while having high strength and elastic modulus. This characteristic is called toughness, and is a value represented by toughness = strength × (elongation) 1/2 .
In addition, in order to use fibers as a structural material, heat treatment such as heat setting and bonding with other materials is performed, so in order to link the mechanical properties of the fiber to the performance of the structural material, thermal stability is also required. This is a very important characteristic.

現在、製造工程における環境負荷も注目される中、リサイクルが比較的容易に行え、かつ溶融紡糸・延伸、更には高速紡糸より低エネルギーかつ安価に製造できるポリエステル繊維を衣料用途だけでなく、産業資材用途においても広く適応させることが要望されており、ポリエステル繊維のタフネス、強度、弾性率および熱安定性の向上が強く望まれている。   Currently, environmental impacts in the manufacturing process are also attracting attention. Polyester fibers that can be recycled relatively easily and can be produced at low energy and at a lower cost than melt spinning / drawing and high-speed spinning are used not only for clothing but also for industrial materials. There is a demand for a wide range of applications, and it is strongly desired to improve the toughness, strength, elastic modulus, and thermal stability of polyester fibers.

従来技術においても、高タフネスポリエステル繊維としては強度10.0g/d(8.82cN/dtex)以上、切断伸度15%以上のポリエステル繊維に関する開示がある(特許文献1参照)。   Also in the prior art, there is a disclosure relating to a polyester fiber having a strength of 10.0 g / d (8.82 cN / dtex) or more and a cut elongation of 15% or more as a high toughness polyester fiber (see Patent Document 1).

しかし、該ポリエステル繊維は、確かに高度なタフネスを有する繊維ではあるが、初期モジュラスが140g/d(123cN/dtex)以下と低いという問題がある。これは、該繊維の弾性変形領域が低いことを示し、高荷重下で圧縮伸長が繰り返しかかるような用途、例えばロープ等の用途では、経時的に繊維が変形しやすく、構造材の間延びや強力低下などの問題が起こる。   However, although the polyester fiber is certainly a fiber having a high degree of toughness, there is a problem that the initial modulus is as low as 140 g / d (123 cN / dtex) or less. This indicates that the elastic deformation region of the fiber is low, and in applications where compression and extension are repeatedly performed under high loads, such as ropes, the fiber is likely to be deformed over time. Problems such as degradation occur.

また、10.0g/d(8.82cN/dtex)以上の強度および10%以上の伸度を有したタフネスの高いポリエステル繊維に関する開示がある(特許文献2参照)。
しかし、該繊維の製造方法は、従来の低配向繊維を高倍率延伸することを逸脱しておらず、高タフネスと高弾性率とを両立することは難しく、単繊維の変形による劣化に加え、エネルギー吸収率が低いために、擦過などによる劣化も進行しやすいなどの問題がある。
Further, there is a disclosure relating to a polyester fiber having high toughness having a strength of 10.0 g / d (8.82 cN / dtex) or more and an elongation of 10% or more (see Patent Document 2).
However, the method for producing the fiber does not deviate from stretching the conventional low orientation fiber at a high magnification, and it is difficult to achieve both high toughness and high elastic modulus, in addition to deterioration due to deformation of a single fiber, Since the energy absorption rate is low, there is a problem that deterioration due to rubbing or the like easily proceeds.

一方、高強度高弾性率繊維として切断強度11g/d(9.7cN/dtex)以上、初期引張弾性率160g/d(141cN/dtex)以上のポリエステル繊維に関する開示がある(特許文献3参照)。   On the other hand, there is a disclosure relating to a polyester fiber having a cutting strength of 11 g / d (9.7 cN / dtex) or higher and an initial tensile elastic modulus of 160 g / d (141 cN / dtex) or higher as a high-strength high-elasticity fiber (see Patent Document 3).

しかし、該ポリエステル繊維は、確かに優れた強度と弾性率を有したものであるが、製造工程において高分子量ポリマーを得るために水素化トリフェニルにて熱媒膨潤し、固相重合を行なっている。熱媒内固相重合したポリマーは、溶融紡糸時にも熱媒がポリマー中に存在しており、ポリマーに残存する熱媒が溶融紡糸および延伸過程において繊維構造から発散するため、繊維構造内に自由体積(ミクロボイドなど)が多く存在することとなる。従って、加熱処理などにより、自由エネルギーが増加した場合には、繊維構造が大きく変形し、処理後の力学的特性は大きく低下するという問題がある。   However, the polyester fiber certainly has excellent strength and elastic modulus, but in order to obtain a high molecular weight polymer in the production process, the heat medium swells with triphenyl hydride and performs solid phase polymerization. Yes. The polymer that has been solid-phase polymerized in the heat medium is free to enter the fiber structure because the heat medium exists in the polymer even during melt spinning, and the heat medium remaining in the polymer diverges from the fiber structure during the melt spinning and drawing process. There will be a lot of volume (such as microvoids). Therefore, when the free energy is increased by heat treatment or the like, there is a problem that the fiber structure is greatly deformed and the mechanical properties after the treatment are greatly deteriorated.

同様に有機溶媒を利用し、製糸性向上や高倍率延伸を可能とすることで、優れた強度と弾性率を有するポリエステル繊維を得ることに関する開示がある(特許文献4−6参照)。   Similarly, there is disclosure relating to obtaining a polyester fiber having excellent strength and elastic modulus by using an organic solvent to enable improvement in yarn production and stretching at a high magnification (see Patent Documents 4-6).

しかし、製造工程において有機溶媒処理したポリエステル繊維については、前述した技術と同様に有機溶媒が抜ける際に繊維構造内の自由体積が多くなることから、熱安定性は低いという問題があるほか、膨潤効果を利用し、高倍率延伸を行っているため、伸度が著しく低くなり、低タフネスとなる。更に、製造工程後も繊維内に残存する有機溶媒は時間とともに繊維表面に染み出てくるため、例えば、タイヤコード等の他の素材に埋没させる用途では表面を覆う素材との接着面が変質し、剥離もしくは素材の部分的な変質等という大きな問題が起こる可能性があり好ましくない。また、これらのポリエステル繊維では製造工程中に使用した有機溶媒は、実質的に回収不可能であるため、製造作業員や環境に対する負荷も非常に大きく、またコストアップの要因ともなる。   However, the polyester fiber treated with an organic solvent in the production process has a problem that the thermal stability is low because the free volume in the fiber structure is increased when the organic solvent is removed as in the above-described technique, and the swelling is also swollen. Since the effect is utilized and high magnification stretching is performed, the elongation is remarkably lowered and the toughness is reduced. In addition, the organic solvent remaining in the fiber after the manufacturing process oozes out on the fiber surface over time, so the adhesive surface with the material covering the surface changes in applications where it is buried in other materials such as tire cords. It is not preferable because a major problem such as peeling or partial alteration of the material may occur. In addition, the organic solvent used during the manufacturing process of these polyester fibers is substantially unrecoverable, so that the burden on manufacturing workers and the environment is very large, and the cost increases.

特開平2−289115号公報(第1頁参照)JP-A-2-289115 (see page 1) 特公昭41−7892号公報(第4頁第36〜37行目、実施例参照)Japanese Examined Patent Publication No. 41-7892 (page 4, lines 36-37, see Examples) 特開昭63−196712号公報(請求項1参照)JP-A 63-196712 (refer to claim 1) 特開平4−73212号公報(第1頁参照)JP-A-4-73212 (refer to page 1) 特開昭63−196713号公報(第1頁参照)JP 63-196713 A (see page 1) 特開平3−294539号公報(第1頁参照)Japanese Patent Laid-Open No. 3-294539 (see page 1)

本発明の課題は、上記した従来技術の問題点を解消し、タイヤコードなどのゴム補強用途、ベルト用途、スリング用途、漁網などのネット用途およびロープ等の産業資材用途に適するポリエステル繊維に関し、高いタフネスを有しつつも、強度、弾性率および熱安定性がいずれにも優れた新規なポリエステル繊維を提供することにある。   The problem of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and relates to polyester fibers suitable for rubber reinforcement applications such as tire cords, belt applications, sling applications, net applications such as fishing nets, and industrial material applications such as ropes. An object of the present invention is to provide a novel polyester fiber having toughness and excellent strength, elastic modulus and thermal stability.

上述した課題を達成する本発明のポリエステル繊維は、以下の構成を有するものである。
すなわち、溶融吐出した樹脂にレーザを照射して得られた未延伸糸を延伸することにより得られた下記(1)〜(4)の要件を同時に満たすことを特徴とするポリエステル繊維である。
(1)強度≧10.0cN/dtex
(2)弾性率≧130cN/dtex
(3)タフネス≧30
タフネス=強度(cN/dtex)×(伸度(%))1/2
(4)弾性率変化率MC≦10%
MC(%)={(Mb−Ma)/Mb}×100
MC:弾性率変化率
Mb:処理前の弾性率(cN/dtex)
Ma:150℃×10分間定長熱処理後の弾性率(cN/dtex)
The polyester fiber of the present invention that achieves the above-described problems has the following configuration.
That is, it is a polyester fiber characterized by simultaneously satisfying the following requirements (1) to (4) obtained by drawing an undrawn yarn obtained by irradiating a melted and discharged resin with a laser .
(1) Strength ≧ 10.0 cN / dtex
(2) Elastic modulus ≧ 130 cN / dtex
(3) Toughness ≧ 30
Toughness = strength (cN / dtex) × (elongation (%)) 1/2
(4) Elastic modulus change rate MC ≦ 10%
MC (%) = {(Mb−Ma) / Mb} × 100
MC: elastic modulus change rate Mb: elastic modulus before treatment (cN / dtex)
Ma: Elastic modulus after constant length heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes (cN / dtex)

かかる本発明のポリエステル繊維において、より具体的態様として、好ましくは、強度が12.0cN/dtex以上であるポリエステル繊維であり、また、さらに好ましくは、それら本発明のポリエステル繊維において、タフネスが35以上であるポリエステル繊維である。さらにまた、好ましくは、小角X線解析において、その散乱像が2点干渉であるポリエステル繊維である。 In the polyester fiber of the present invention, as a more specific embodiment, preferably, the polyester fiber has a strength of 12.0 cN / dtex or more, and more preferably, the toughness of the polyester fiber of the present invention is 35 or more. Is a polyester fiber. Furthermore, it is preferably a polyester fiber whose scattered image is two-point interference in small-angle X-ray analysis.

本発明によれば、タイヤコードなどのゴム補強用途、ベルト用途、スリング用途、漁網などのネット用途およびロープ等の産業資材用途に好適な、高いタフネスを有しつつも、強度、弾性率および熱安定性がいずれにも優れた新規なポリエステル繊維が提供される。
本発明によれば、熱安定性が優れていることから構造材への加工性にも優れたポリエステル繊維が提供される。
According to the present invention, it is suitable for rubber reinforcement applications such as tire cords, belt applications, sling applications, net applications such as fishing nets, and industrial material applications such as ropes, while having high toughness, strength, elastic modulus and heat. A novel polyester fiber excellent in both stability is provided.
According to the present invention, a polyester fiber excellent in processability to a structural material is provided because of its excellent thermal stability.

以下、さらに詳しく本発明のポリエステル繊維について、以下に説明する。   Hereinafter, the polyester fiber of the present invention will be described in more detail below.

本発明においてポリエステルとは、エステル結合を繰り返し構造にもつ直鎖状高分子のことをいうものであり、特に限定されるものではないが、特に好ましくは、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、あるいはポリブチレンテレフタレートなどであり、特にポリエチレンテレフタレートがより好ましい。
また、本発明のポリエステル繊維は、本発明の効果が損なわれない範囲で他の成分が共重合されていてもよい。さらに、本発明の繊維は、艶消剤、難燃剤、あるいは滑剤等の各種の添加剤を少量含有していてもよいものである。
In the present invention, the polyester means a linear polymer having an ester bond in a repeating structure, and is not particularly limited, but is particularly preferably polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, or polybutylene terephthalate. In particular, polyethylene terephthalate is more preferable.
Further, the polyester fiber of the present invention may be copolymerized with other components as long as the effects of the present invention are not impaired. Furthermore, the fiber of the present invention may contain a small amount of various additives such as a matting agent, a flame retardant, or a lubricant.

本発明のポリエステル繊維は、溶融紡糸で得られた下記の各要件(1)〜(4)を同時に満たすものであるが、各要件に関して次の通りである。
なお、本発明において、「溶融紡糸により得られた繊維」とは、溶融紡糸条件を後述するような特異なものとして得られた繊維であり、溶液紡糸などで得たものではないことを意味する。一般に、溶融紡糸とは、高分子材料の重合工程を経て製造されたペレット状の原料を押出機に投入し、熱を加えて溶融して押出した後、空気中で固化させる手法のことを意味し、延伸とは表面速度の異なるローラ間で、変形性を高めるために加熱しつつ連続的に引き伸ばすことを意味する。したがって、本発明の繊維は、品質面、性能面などで安定した工業生産によって得ることができるものなのである。
The polyester fiber of the present invention satisfies the following requirements (1) to (4) obtained by melt spinning at the same time.
In the present invention, the “fiber obtained by melt spinning” means a fiber obtained by specially setting the melt spinning conditions as described later, and means that the fiber is not obtained by solution spinning or the like. . In general, melt spinning refers to a method in which pellet-shaped raw materials manufactured through a polymer material polymerization process are charged into an extruder, melted by heating, extruded, and then solidified in air. The term “stretching” means that the rollers are continuously stretched while being heated to increase the deformability between rollers having different surface speeds. Therefore, the fiber of the present invention can be obtained by industrial production stable in terms of quality and performance.

(1)強度について
近年のハイテクノロジー化の流れの中にあって、産業資材用途の構造材として要求される品質水準を考慮すれば、強度は少なくとも10.0cN/dtex以上であることが必要である。更に高度な要求を満たし、産業資材における用途拡大を可能とするためには12.0cN/dtex以上であることが好ましい。
上限は、本発明者等の知見によれば、製造が難しくなってくる20cN/dtex付近までである。
(1) Strength In the recent trend of high technology, considering the quality level required as a structural material for industrial materials, the strength should be at least 10.0 cN / dtex or higher. is there. Further, in order to satisfy a high level of demand and to enable application expansion in industrial materials, it is preferably 12.0 cN / dtex or more.
The upper limit is up to about 20 cN / dtex, which is difficult to manufacture according to the knowledge of the present inventors.

(2)弾性率について
産業資材用途では、伸長圧縮が繰り返しかかることが多く、弾性率が低い、つまり弾性変形領域が狭い繊維は、経時的に繊維の塑性変形が進み、力学的特性の低下や破断が起こり、構造材としての劣化が進行する。優れた弾性率を有する繊維であれば伸長圧縮の応力を弾性変形で担うことができるため、塑性変形が少なく、繊維および構造材の劣化を最少限にすることができる。本発明のポリエステル繊維では、弾性率が130cN/dtex以上であることが必要であり、150cN/dtex以上とすることが好ましい。
上限は、本発明らの知見によれば、製造が難しくなってくる250cN/dtex付近までである。
(2) Elastic modulus In industrial material applications, stretching and compression are often repeated, and fibers with a low elastic modulus, that is, with a narrow elastic deformation region, are subject to deterioration of mechanical properties due to the progress of plastic deformation of fibers over time. Breaking occurs and deterioration as a structural material proceeds. A fiber having an excellent elastic modulus can bear the stress of elongation and compression by elastic deformation, so that there is little plastic deformation and the deterioration of the fiber and the structural material can be minimized. In the polyester fiber of the present invention, the elastic modulus needs to be 130 cN / dtex or more, and preferably 150 cN / dtex or more.
According to the knowledge of the present invention, the upper limit is up to about 250 cN / dtex where the production becomes difficult.

(3)タフネスについて
産業資材用途に用いられる繊維としては、高応力下においてもエネルギー吸収率が大きいものことが必要とされる。これは一般的にタフネスとされる特性であり、該タフネス値は、強度(cN/dtex)×(伸度(%))1/2で表されるものであり単位はないものである。ベルト用補強材、タイヤコード、あるいはロープ等の産業資材用途では、単繊維が負担する応力が瞬間的に増大する場合があり、これに起因する構造材内の単繊維の破断が構造材の品質の低下を招く。更にロープなどの高応力下で伸長圧縮が繰り返しかかるような条件下では、単繊維のタフネスが低いと擦過や変形などにより容易に構造材の劣化が進行する。このような劣化を抑制するためには、タフネスが30以上である必要があり、更にこの特性を顕著なものとするためにはタフネスが35以上であることが好ましい。
上限は、本発明らの知見によれば、製造が難しくなってくる60付近までである。
(3) Toughness Fibers used for industrial materials are required to have a large energy absorption rate even under high stress. This is a characteristic generally regarded as toughness, and the toughness value is expressed by strength (cN / dtex) × (elongation (%)) 1/2 and has no unit. In industrial materials such as belt reinforcements, tire cords, or ropes, the stress that a single fiber bears may increase momentarily, and the resulting breakage of the single fiber in the structural material results in the quality of the structural material. Cause a decline. Furthermore, under conditions where stretch and compression are repeatedly applied under high stress such as a rope, if the single fiber has low toughness, the structural material easily deteriorates due to abrasion or deformation. In order to suppress such deterioration, it is necessary that the toughness is 30 or more, and in order to make this characteristic remarkable, it is preferable that the toughness is 35 or more.
According to the knowledge of the present invention, the upper limit is up to around 60, which makes manufacture difficult.

(4)弾性率変化率について
ポリエステル繊維を構造材として使用する際には、力学的特性の熱安定性が重要になる。例えば、タイヤコードなどのゴム補強材として用いる場合、製織後ゴムへの埋没をさせる工程において150℃以上の加熱が行われる。熱安定性が不十分の場合には繊維の力学的特性から推測された構造材の性能を大きく下回ることになるほか、構造材の任意の部分での物性ムラが発生することとなり、構造材としての均質性が損なわれる等の問題が発生する。
(4) Elastic modulus change rate When using polyester fiber as a structural material, thermal stability of mechanical properties is important. For example, when used as a rubber reinforcing material such as a tire cord, heating at 150 ° C. or higher is performed in the step of burying in rubber after weaving. If the thermal stability is insufficient, the performance of the structural material will be significantly lower than that estimated from the mechanical properties of the fiber, and physical property irregularities will occur in any part of the structural material. Problems such as the loss of homogeneity occur.

本発明における弾性率変化率(MC(%))とは、乾熱150℃×10分間定長熱処理後のポリエステル繊維の弾性率の低下率のことを言い、下記式によって求められる値である。
MC(%)={(Mb−Ma)/Mb}×100
MC:弾性率変化率
Mb:処理前の弾性率(cN/dtex)
Ma:150℃×10分間定長熱処理後の弾性率(cN/dtex)
The elastic modulus change rate (MC (%)) in the present invention refers to the rate of decrease in the elastic modulus of the polyester fiber after the constant-length heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes, and is a value obtained by the following formula.
MC (%) = {(Mb−Ma) / Mb} × 100
MC: elastic modulus change rate Mb: elastic modulus before treatment (cN / dtex)
Ma: Elastic modulus after constant length heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes (cN / dtex)

本発明におけるMb(処理前の弾性率)とは、応力−歪曲線のプロフィールにおける初期勾配から求めた値のことを言う。本発明におけるMaとは、ポリエステル繊維を150℃雰囲気下で10分間定長熱処理し、該処理後のポリエステル繊維を室温で十分に冷却した後、前述したMbを求める方法と同様に、応力−歪曲線を測定し、その初期勾配を求めた値のことを言う。弾性率は、その繊維の弾性変形領域を示す指標であり、結晶と非晶の繰り返し構造の配向と深い相関関係がある。したがって、該変化率を測定することにより、熱処理前後の構造配向変化を簡易に見積もることができる。つまり、この弾性変化率が大きい場合には熱処理による繊維構造変化が大きいことを意味し、繊維構造内にミクロボイドや結晶に拘束されないルーズな非晶部分などといった自由体積が多く存在することとなる。該自由体積が多く存在する繊維においては、構造材や構造体とする際に行われる加熱処理によって力学的特性の劣化が顕著である他に、繊維表面を覆うゴムなどの化学物質への化学的影響が大きい。   Mb (elastic modulus before processing) in the present invention refers to a value obtained from an initial gradient in a stress-strain curve profile. In the present invention, the term “Ma” refers to stress-distortion in the same manner as the above-described method for obtaining Mb after a polyester fiber is heat-treated at 150 ° C. for 10 minutes at a constant temperature and the treated polyester fiber is sufficiently cooled at room temperature. A value obtained by measuring a line and determining its initial slope. The elastic modulus is an index indicating the elastic deformation region of the fiber, and has a deep correlation with the orientation of the crystal and amorphous repeating structure. Therefore, by measuring the rate of change, the structural orientation change before and after the heat treatment can be easily estimated. That is, when this elastic change rate is large, it means that the fiber structure change due to the heat treatment is large, and there are many free volumes such as loose amorphous parts not restricted by microvoids or crystals in the fiber structure. In the fiber having a large amount of free volume, the mechanical properties are significantly deteriorated by the heat treatment performed when the structural material or the structure is formed, and chemicals such as rubber covering the fiber surface are chemically treated. A large impact.

本発明のポリエステル繊維のような従来にはない優れた繊維構造の目安としては、熱処理前後の弾性率変化率を10%以下とする必要があり、下限は好ましくは0%である。 As a measure of an unprecedented excellent fiber structure such as the polyester fiber of the present invention, the elastic modulus change rate before and after the heat treatment needs to be 10% or less , and the lower limit is preferably 0%.

以上のように本発明のポリエステル繊維は、高いタフネスを有しつつも、強度、弾性率および熱安定性がいずれも優れた従来にはない特性およびそれらのバランスを有しており、構造材とするための加工性にも優れたポリエステル繊維である。   As described above, the polyester fiber of the present invention has high toughness, but has unprecedented properties, such as strength, elastic modulus, and thermal stability, and a balance thereof. It is a polyester fiber that is also excellent in processability.

したがって、本発明のポリエステル繊維は、タイヤコードなどのゴム補強用途、ベルト用途、スリング用途、漁網などのネット用途あるいはロープ等の産業資材用途に適するものである。   Therefore, the polyester fiber of the present invention is suitable for rubber reinforcement applications such as tire cords, belt applications, sling applications, net applications such as fishing nets, and industrial material applications such as ropes.

本発明のポリエステル繊維が優れた特性を有することの要因としては、従来技術では形成されなかった優れた繊維構造に起因するものである。   The reason why the polyester fiber of the present invention has excellent characteristics is due to an excellent fiber structure that has not been formed by the prior art.

特に、高いタフネスを有するとともに、強度および弾性率ともに優れ、かつ熱安定性も向上されたものとするためにはフィブリル状構造(ミクロフィブリル構造)が緻密化されていることが重要である。つまり、該フィブリル状構造が緻密化することにより、ミクロボイドもしくは結晶に拘束されないルーズな非晶領域などの自由体積が少なく、そこへの応力集中が抑制されるために強度や弾性率が優れることに加え、高いタフネスを有することとなる。   Particularly, in order to have high toughness, excellent strength and elastic modulus, and improved thermal stability, it is important that the fibrillar structure (microfibril structure) is densified. In other words, due to the densification of the fibrillar structure, there are few free volumes such as loose amorphous regions that are not constrained by microvoids or crystals, and stress concentration is suppressed there, so that strength and elastic modulus are excellent. In addition, it has high toughness.

更に、該フィブリル状構造においては、加熱処理された場合でも繊維構造変化が起こりにくいため、熱安定性が非常に優れたものとなるのである。
なお、「ポリエステル繊維構造内のフィブリル状構造(ミクロフィブリル構造)が緻密化する」とは、結晶を貫通するタイ分子鎖を軸としたフィブリル状構造が断面方向に均一に配列した構造をいい、あるいは結晶に拘束されない分子鎖(ルーズな非晶領域)などの自由体積が少ない構造のことをいう。本発明では、後述することにより、有機溶媒などによる膨潤効果を利用することなく、初めて実現したものであり、従来の溶融紡糸、延伸技術では到底到達することができなかったものである。
Further, in the fibrillar structure, since the fiber structure hardly changes even when the heat treatment is performed, the thermal stability is very excellent.
In addition, “the fibrillar structure (microfibril structure) in the polyester fiber structure is densified” refers to a structure in which fibrillar structures centering on tie molecular chains penetrating the crystal are arranged uniformly in the cross-sectional direction, Alternatively, it refers to a structure with a small free volume such as a molecular chain (loose amorphous region) that is not restricted by a crystal. In the present invention, as described later, this was realized for the first time without using the swelling effect of an organic solvent or the like, and could not be achieved by conventional melt spinning and stretching techniques.

該フィブリル状構造は、小角X線解析により確認することができる。すなわち、本発明のポリエステル繊維および従来技術により得られたポリエステル繊維の小角X線散乱像を比較すると、従来技術によるポリエステル繊維の散乱像は4点干渉であるのに対し、本発明のポリエステル繊維の代表的な散乱像では2点干渉となる。 The fibrillar structure can be confirmed by small angle X-ray analysis. That is, comparing the polyester fiber of the present invention and the small-angle X-ray scattering image of the polyester fiber obtained by the prior art, the scattered image of the polyester fiber of the prior art is four-point interference, whereas the polyester fiber of the present invention In a typical scattered image , two-point interference occurs.

本発明のポリエステル繊維における小角X線散乱像の2点干渉とは、一般に、赤道ストリーク(繊維軸に対し垂直方向のストリーク状散乱)の強度分布を赤道方向に測定した場合に該ピークが実質的に1箇所にのみ確認される散乱像であることを意味する。なお、従来技術のポリエステル繊維などで得られる4点干渉では2箇所のピークが確認される。そのような4点干渉を示すポリエステル繊維は、繊維軸方向に対して結晶面が傾斜した構造であり、いわゆるジグザク型構造を有していると評価できる。   The two-point interference of the small-angle X-ray scattering image in the polyester fiber of the present invention generally means that the peak is substantial when the intensity distribution of the equator streak (streaky scattering perpendicular to the fiber axis) is measured in the equator direction. It means that it is a scattered image confirmed only at one place. In addition, two peaks are confirmed in the four-point interference obtained with the polyester fiber of the prior art. A polyester fiber exhibiting such four-point interference has a structure in which the crystal plane is inclined with respect to the fiber axis direction, and can be evaluated as having a so-called zigzag structure.

これに対して、本発明のポリエステル繊維に見られる2点干渉からはフィブリル状構造に対して結晶面がほぼ90°に存在していることがわかり、フィブリル状構造が傾斜することなく繊維軸方向に配列されやすいため、均質かつ高配向化していることに加え、緻密であると評価できるものである。小角X線散乱像において2点干渉が得られるポリエステル繊維は、前述した理由から優れた力学的特性を有することとなるものの、製造工程において有機溶媒による膨潤効果などを利用し、得られた構造においては、有機溶媒が存在した箇所が自由体積となるために加熱処理による構造変化が大きく、熱安定性が低い。これは前述した弾性率変化率により見積もることができる。以上のことから、本発明のポリエステル繊維は、小角X線散乱像で2点干渉を示すことが好ましい。   On the other hand, the two-point interference seen in the polyester fiber of the present invention shows that the crystal plane exists at approximately 90 ° with respect to the fibril structure, and the fiber axis direction without tilting the fibril structure. In addition to being homogeneous and highly oriented, it can be evaluated as dense. Although the polyester fiber which can obtain two-point interference in the small-angle X-ray scattering image has excellent mechanical properties for the reasons described above, it utilizes the swelling effect by the organic solvent in the manufacturing process, and the obtained structure. Since the portion where the organic solvent exists becomes a free volume, the structural change by the heat treatment is large, and the thermal stability is low. This can be estimated from the elastic modulus change rate described above. From the above, it is preferable that the polyester fiber of the present invention exhibits two-point interference in a small-angle X-ray scattering image.

本発明のポリエステル繊維が有する優れた繊維構造を形成させるためには、分子鎖の絡み合い構造を制御することが重要である。本発明者らはポリエステルを溶融紡糸する際における分子鎖の絡み合い構造の制御について鋭意検討を重ね、高温時の溶融樹脂の細化を促進させることにより、該構造が制御されることを見出した。分子鎖の絡み合い構造が制御された未延伸糸は、その後加熱下で延伸および熱セットすることにより、自由体積の少ない優れた繊維構造が形成され、優れた特性を有するポリエステル繊維となる。   In order to form the excellent fiber structure of the polyester fiber of the present invention, it is important to control the entanglement structure of molecular chains. The inventors of the present invention have made extensive studies on the control of the molecular chain entanglement structure during the melt spinning of the polyester, and have found that the structure is controlled by promoting the thinning of the molten resin at high temperatures. The unstretched yarn in which the molecular chain entanglement structure is controlled is then stretched and heat-set under heating, whereby an excellent fiber structure with a small free volume is formed, resulting in a polyester fiber having excellent characteristics.

なお、本発明における分子鎖の絡み合い構造とは、分子鎖の絡み合いによりできるネットワーク構造のことを意味し、一般に、(融点−20)℃において固定(凍結)するとされている。また、いったん固定された絡み合い構造は変化することなく、延伸工程においてはこの構造がネットワークを保持したまま伸長するために最終的な繊維構造に大きな影響を与える。つまり、前述したようなフィブリル状構造が緻密化し、かつ自由体積の少ない構造を得るためには分子鎖の絡み合い構造を均質化し、実質的な分子鎖配向を向上させる必要があり、本発明者らはこれを高温時の溶融樹脂の細化を促進させることにより、有機溶媒を使用することなく達成したのである。   The entangled structure of molecular chains in the present invention means a network structure formed by entanglement of molecular chains, and is generally fixed (freeze) at (melting point−20) ° C. In addition, the entangled structure once fixed does not change, and this structure stretches while maintaining the network in the drawing process, so that the final fiber structure is greatly affected. That is, in order to obtain a structure having a dense fibrillar structure as described above and a small free volume, it is necessary to homogenize the entangled structure of molecular chains and improve the substantial molecular chain orientation. This was achieved without the use of an organic solvent by promoting the thinning of the molten resin at high temperatures.

本発明のポリエステル繊維の具体的な製造方法を、以下に述べる。   A specific method for producing the polyester fiber of the present invention will be described below.

本発明のポリエステル繊維は、高い強度および弾性率を有することが必要であるため、使用するポリエステル樹脂の固有粘度は高いものほど好ましく、少なくとも0.8dl/g以上、好ましくは1.0dl/g以上のものが使用される。更に強度を増加させるためには樹脂の固有粘度は1.2dl/gとすることがより好ましい。   Since the polyester fiber of the present invention is required to have high strength and elastic modulus, the polyester resin to be used preferably has a higher intrinsic viscosity, at least 0.8 dl / g or more, preferably 1.0 dl / g or more. Is used. In order to further increase the strength, the intrinsic viscosity of the resin is more preferably 1.2 dl / g.

溶融紡糸工程は、常法によって溶融、計量された溶融樹脂を紡糸口金より溶融吐出する。この際、口金孔径はφ0.5mm未満とすることが好ましい。更に好ましくはφ0.3mm以下とすることである。なお、本発明における口金孔径とは口金に穿設された吐出孔の出口径のことであり、異形孔の場合には吐出孔断面積を丸孔と換算した値を用いる。なお、吐出孔数は目的とする用途に応じて適宜決定することができる。樹脂の吐出量は要求される用途に応じ、延伸糸段階での単糸繊度を考慮し、適宜決定することができる。但し、本発明のポリエステル繊維は産業用繊維を目的としているため、製糸性等を考慮し、単孔吐出量は1.0g/min以上が好ましく、2.0g/min以上とすることがより好ましい。   In the melt spinning step, molten resin melted and measured by a conventional method is melted and discharged from a spinneret. At this time, the diameter of the die hole is preferably less than φ0.5 mm. More preferably, it is φ0.3 mm or less. The diameter of the nozzle hole in the present invention means the outlet diameter of the discharge hole formed in the nozzle. In the case of a deformed hole, the value obtained by converting the sectional area of the discharge hole to a round hole is used. The number of ejection holes can be determined as appropriate according to the intended application. The discharge amount of the resin can be appropriately determined in consideration of the single yarn fineness at the drawn yarn stage according to the required use. However, since the polyester fiber of the present invention is intended for industrial fibers, the single-hole discharge rate is preferably 1.0 g / min or more, and more preferably 2.0 g / min or more in consideration of yarn-making properties. .

紡糸口金から溶融吐出された樹脂は紡糸口金面から50mmの間で適度な強度でレーザを照射する。樹脂にレーザを照射することにより、溶融粘度が低下し、高温時の細化が促進される。本発明における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示す。レーザの種類は特に限定されないが、大出力が得られること、安価なことから炭酸ガスレーザが好ましい。レーザ強度とは溶融樹脂が照射される位置において測定されるレーザ出力をスポット面積によって徐することによって算出されるものである。
なお、本発明における紡糸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。
The resin melted and discharged from the spinneret is irradiated with laser at an appropriate intensity between 50 mm from the spinneret surface. By irradiating the resin with a laser, the melt viscosity is lowered and the thinning at a high temperature is promoted. The laser in the present invention is monochromatic light, parallel light, and light that is coherent. The type of laser is not particularly limited, but a carbon dioxide laser is preferable because a large output can be obtained and it is inexpensive. The laser intensity is calculated by grading the laser output measured at the position where the molten resin is irradiated with the spot area.
The spinneret surface in the present invention means a position where the discharged resin has a free surface and can be deformed by extension.

レーザ照射された樹脂は、冷却固化された後、引き取られ未延伸糸となる。引取方法に関しては特に限定されるものではなく、いわゆる2工程法および直接延伸法などの任意の方法を採用することができる。ただし、本発明の技術により均質性が向上した絡み合い構造においても、紡糸線上で配向結晶化が起こると、結晶が配向の阻害点となるために、分子鎖を効率良く配向させる効果が減少してしまう可能性がある。したがって、紡糸工程において配向結晶化が起こらない引取速度とすることが好ましい。具体的には、引取速度は1000m/min未満であることが好ましい。1000m/min未満とすることにより、未延伸繊維の配向度を低くすることができ、高強度化が達成しやすくなる。更に、この傾向を顕著なものとするためには引取速度を700m/min以下とすることが好ましい。なお、工業的観点から好ましくは引取速度の下限は300m/minである。ここで、本発明において、引取速度とは溶融樹脂が冷却固化後接触する第一ローラの回転速度のことを言う。   The laser-irradiated resin is cooled and solidified, and then taken out to form an undrawn yarn. The take-up method is not particularly limited, and any method such as a so-called two-step method and a direct drawing method can be employed. However, even in the entangled structure in which the homogeneity is improved by the technique of the present invention, when orientation crystallization occurs on the spinning line, the crystal becomes an inhibition point of orientation, and therefore the effect of efficiently orienting molecular chains is reduced. There is a possibility. Therefore, it is preferable to set the take-up speed so that orientation crystallization does not occur in the spinning process. Specifically, the take-up speed is preferably less than 1000 m / min. By setting it to less than 1000 m / min, the degree of orientation of unstretched fibers can be lowered, and high strength can be easily achieved. Furthermore, in order to make this tendency remarkable, the take-up speed is preferably set to 700 m / min or less. From the industrial viewpoint, the lower limit of the take-up speed is preferably 300 m / min. Here, in the present invention, the take-up speed refers to the rotation speed of the first roller with which the molten resin contacts after cooling and solidification.

本発明のポリエステル繊維とするためには加熱下で延伸熱セットすることが必要である。延伸方法としては、例えば、回転速度を変更した一対以上のローラ間で延伸する手法がある。この際、2段以上で延伸することが好ましい。加熱手法としては、加熱ローラ、熱板、熱ピンなどの加熱手法のいずれを使用すればよい。本発明のポリエステル繊維は、構造材として用いられるものであるため、製織等の工程を行う必要がある。ポリエステル繊維の特性が極めて優れたものであっても伸度が極めて低い場合には、製織スピードに制限が必要になる場合があり、この生産性を考えれば9.0%以上の伸度を有することが好ましいのである。   In order to obtain the polyester fiber of the present invention, it is necessary to heat and set with stretching. As a stretching method, for example, there is a method of stretching between a pair of rollers having different rotation speeds. At this time, it is preferable to stretch in two or more stages. As the heating method, any heating method such as a heating roller, a hot plate, and a hot pin may be used. Since the polyester fiber of the present invention is used as a structural material, it is necessary to perform a process such as weaving. Even if the properties of the polyester fiber are extremely excellent, if the elongation is very low, the weaving speed may need to be limited. Considering this productivity, the elongation is 9.0% or more. It is preferable.

以下に実施例および比較例を示して、本発明のポリエステル繊維を具体的かつより詳細に説明する。   The polyester fiber of the present invention will be described specifically and in detail with reference to Examples and Comparative Examples below.

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。いずれの測定においても、数値を求めるものの場合は、n数は20とし、それを平均したものである。該n数は、データの出方によっては、更に増加する方法を採用してもよい。   However, the present invention is not limited by the following examples. In addition, the physical-property value in an Example and a comparative example was measured with the following method. In any measurement, in the case of obtaining a numerical value, the n number is set to 20 and averaged. The n number may be further increased depending on how data is output.

A.固有粘度(dl/g)
オルソクロロフェノール25℃で測定した。なお、本実施例では、昭和電工社製Shodex GPC−101を用い、溶離液HFIP、カラムHFIP−806M×2、検出器RI、流速1.0mL/minにて測定し、固有粘度既知のポリエチレンテレフタレートを用いて換算した。
A. Intrinsic viscosity (dl / g)
Orthochlorophenol was measured at 25 ° C. In this example, Shodex GPC-101 manufactured by Showa Denko KK was used to measure the eluent HFIP, column HFIP-806M × 2, detector RI, flow rate 1.0 mL / min, and polyethylene terephthalate with a known intrinsic viscosity. It converted using.

B.繊度(dtex)
株式会社大栄科学精機製検尺機(HD−3)によって試験総糸長100mの小綛とし、その重量から繊度を算出した。
B. Fineness (dtex)
The fineness was calculated from the weight of a small cocoon having a test total yarn length of 100 m using a measuring machine (HD-3) manufactured by Daiei Kagaku Seiki Co., Ltd.

C.強度、伸度および弾性率(cN/dtex)
島津製作所社製オートグラフを用い、初期試料50mm(未延伸繊維)、100mm(延伸繊維)、引張速度100%/minにて応力−歪曲線を測定して求めた。
C. Strength, elongation and elastic modulus (cN / dtex)
Using an autograph manufactured by Shimadzu Corporation, the stress-strain curve was measured and determined at an initial sample of 50 mm (unstretched fiber), 100 mm (stretched fiber), and a tensile rate of 100% / min.

D.弾性率変化率(%)
サンプルを一辺が200mmとした枠に加熱処理時に収縮が起こらないように巻き付け、枠ごと150℃にした恒温槽内に投入し、10分間加熱処理を施す。加熱処理後、恒温槽から取り出し、室温雰囲気で十分冷却後、Bの繊度を求めるのと同様の方法にて、初期試料繊維長100mm、引張速度100%/minで応力−歪曲線を測定し、熱処理後の弾性率を求めた。弾性率変化率MCの算出方法は下記式に従って行った。
弾性率変化率MC(%)={(Mb−Ma)/Mb}×100
Mb:処理前の弾性率(cN/dtex)
Ma:150℃×10分間定長熱処理後の弾性率(cN/dtex)
D. Elastic modulus change rate (%)
The sample is wound around a frame having a side of 200 mm so as not to shrink during the heat treatment, and the whole frame is put into a thermostatic bath set at 150 ° C. and subjected to heat treatment for 10 minutes. After the heat treatment, after taking out from the thermostatic chamber and sufficiently cooling in a room temperature atmosphere, the stress-strain curve is measured at an initial sample fiber length of 100 mm and a tensile rate of 100% / min by the same method as obtaining the fineness of B, The elastic modulus after heat treatment was determined. The elastic modulus change rate MC was calculated according to the following formula.
Elastic modulus change rate MC (%) = {(Mb−Ma) / Mb} × 100
Mb: elastic modulus before treatment (cN / dtex)
Ma: Elastic modulus after constant length heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes (cN / dtex)

E.小角X線散乱
株式会社理学製ローターフレックスRU−300により発生させたX線をニッケルフィルタによって単色化し、サンプルへ照射する。ターゲットを銅対陰極、出力30kV×30mAのファインフォーカスで運転した。検出器は、富士写真フィルム株式会社製イメージングプレート(FDL UR−V)を用いた。サンプルと検出器間は200mmから350mmまでの間の適当な距離とし、空気などの散乱の影響を除去するため、試料と検出器の間はヘリウムガスで充填した。露光時間は2時間から24時間の散乱像を得ることができる適当な時間とした。イメージングプレートに記録された散乱強度信号の読み取りは、富士写真フィルム株式会社製デジタルミクログラフィ(FDL5000)により行い、得られたデータから赤道ストリークの強度分布を測定し、散乱像を評価した。
E. Small-angle X-ray scattering X-rays generated by a rotor flex RU-300 manufactured by Rigaku Corporation are monochromatized with a nickel filter and irradiated onto a sample. The target was operated with a copper counter cathode and a fine focus with an output of 30 kV × 30 mA. As a detector, an imaging plate (FDL UR-V) manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd. was used. The distance between the sample and the detector was set to an appropriate distance between 200 mm and 350 mm, and helium gas was filled between the sample and the detector in order to eliminate the influence of scattering such as air. The exposure time was set to an appropriate time for obtaining a scattered image from 2 hours to 24 hours. Reading of the scattered intensity signal recorded on the imaging plate was performed by digital micrography (FDL5000) manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd., and the intensity distribution of the equatorial streak was measured from the obtained data to evaluate the scattered image.

F.レーザ強度
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を設置して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。
F. Laser intensity With the resin not running, a laser power meter was installed at the resin running position to measure the laser irradiation energy, and this was divided by the cross-sectional area determined from the fiber diameter at the time of irradiation.

実施例1
ポリエチレンテレフタレート(固有粘度:1.0dl/g)を2軸エクストルーダによって溶融し、紡糸温度300℃、紡糸口金(孔径φ0.3mm、孔数1)より単孔吐出量3.0g/minで吐出した。この紡糸口金面より下流10mmのところでレーザ強度210W/cmの炭酸ガスレーザを照射し、冷却固化後500m/minの紡糸速度で引き取り、未延伸糸を得た。該未延伸糸を供給ローラに導き、第1延伸ローラ、第2延伸ローラおよび第3延伸ローラ間で2段延伸を行った後、最終ローラを経て、張力制御方式の巻取機によって巻取り、延伸糸を得た。各延伸ローラの温度は90℃、140℃、230℃とし、2段目の延伸倍率は1.6倍、延伸速度は100m/minに設定した。
得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。
Example 1
Polyethylene terephthalate (inherent viscosity: 1.0 dl / g) was melted by a biaxial extruder and discharged at a spinning temperature of 300 ° C. and a spinneret (hole diameter φ0.3 mm, hole number 1) at a single hole discharge rate of 3.0 g / min. . A carbon dioxide laser with a laser intensity of 210 W / cm 2 was irradiated 10 mm downstream from the spinneret surface, and after cooling and solidification, the yarn was taken out at a spinning speed of 500 m / min to obtain an undrawn yarn. The unstretched yarn is guided to a supply roller, and after two-stage stretching is performed between the first stretching roller, the second stretching roller, and the third stretching roller, the final roller is passed through a tension control type winder, A drawn yarn was obtained. The temperature of each stretching roller was 90 ° C., 140 ° C., and 230 ° C., the stretching ratio in the second stage was set to 1.6 times, and the stretching speed was set to 100 m / min.
Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

実施例2
用いた樹脂の固有粘度を1.2dl/gとし、紡糸温度を320℃としたこと以外は全て実施例1と同様の方法で製糸を行い、延伸糸を得た。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。
Example 2
Except that the intrinsic viscosity of the resin used was 1.2 dl / g and the spinning temperature was 320 ° C., yarn was produced in the same manner as in Example 1 to obtain a drawn yarn. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

比較例1
口金孔径をφ0.6mm、紡糸速度を200m/minとし、レーザ照射を行わなかったこと以外は全て実施例1と同様の方法で製糸を行い、延伸糸を得た。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。
Comparative Example 1
Yarn production was performed in the same manner as in Example 1 except that the diameter of the nozzle hole was φ0.6 mm, the spinning speed was 200 m / min, and laser irradiation was not performed to obtain a drawn yarn. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

比較例2
固有粘度0.6dl/gのポリエチレンテレフタレートチップを水素化トリフェニルの熱媒中、窒素ガスを吹き込みながら、230℃とし、20時間加熱撹拌することで熱媒重合を行い、極限粘度2.0dl/gのポリエチレンテレフタレートチップを得た。
Comparative Example 2
A polyethylene terephthalate chip having an intrinsic viscosity of 0.6 dl / g was heated to 230 ° C. while blowing nitrogen gas in a heating medium of triphenyl hydride, and heated and stirred for 20 hours to carry out heat medium polymerization. g of polyethylene terephthalate chip was obtained.

該チップを使用し、口金孔径φ0.5mm、紡糸温度310℃、単孔吐出量0.1g/min、紡糸速度20m/minとしたこと以外は全て実施例1と同様の方法で製糸を行い、延伸糸を得た。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。   Using the tip, spinning was performed in the same manner as in Example 1 except that the die diameter was 0.5 mm, the spinning temperature was 310 ° C., the single-hole discharge rate was 0.1 g / min, and the spinning speed was 20 m / min. A drawn yarn was obtained. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

比較例3
固有粘度0.6dl/gのポリエチレンテレフタレートチップを水素化トリフェニルの熱媒中、窒素ガスを吹き込みながら、230℃とし、20時間加熱撹拌することで熱媒重合を行い、極限粘度2.0dl/gのポリエチレンテレフタレートチップを得た。該チップを120℃で16時間減圧乾燥した後、該チップに対して4:1となるように1−メチルナフタレンを加え、減圧下で2時間撹拌を行うことで、1−メチルナフタレンを含有したポリエチレンテレフタレートチップを得た。
Comparative Example 3
A polyethylene terephthalate chip having an intrinsic viscosity of 0.6 dl / g was heated to 230 ° C. while blowing nitrogen gas in a heating medium of triphenyl hydride, and heated and stirred for 20 hours to carry out heat medium polymerization. g of polyethylene terephthalate chip was obtained. After the chip was dried under reduced pressure at 120 ° C. for 16 hours, 1-methylnaphthalene was added to the chip at a ratio of 4: 1, and the mixture was stirred under reduced pressure for 2 hours to contain 1-methylnaphthalene. A polyethylene terephthalate chip was obtained.

該チップを使用し、紡糸温度310℃、単孔吐出量0.3g/min、紡糸速度100m/minとしたこと以外は全て実施例1と同様の方法で製糸を行い、延伸糸を得た。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。   Using the tip, spinning was performed in the same manner as in Example 1 except that the spinning temperature was 310 ° C., the single hole discharge rate was 0.3 g / min, and the spinning speed was 100 m / min, and a drawn yarn was obtained. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

比較例4
固有粘度1.0dl/gのポリエチレンテレフタレートチップを液体窒素中で凍結粉砕し、得られた微粒子状樹脂を真空乾燥機内で減圧下120℃10時間予備結晶化させた後、230℃に昇温し、30時間固相重合することで固有粘度1.5dl/gの微粒子状樹脂を得た。
Comparative Example 4
A polyethylene terephthalate chip having an intrinsic viscosity of 1.0 dl / g is freeze-pulverized in liquid nitrogen, and the resulting fine particle resin is pre-crystallized in a vacuum dryer under reduced pressure at 120 ° C. for 10 hours, and then heated to 230 ° C. For 30 hours to obtain a particulate resin having an intrinsic viscosity of 1.5 dl / g.

該樹脂を樹脂濃度15重量%となるようにヘキサフルオロイソプロパノールに室温(23℃)で溶解し、孔径φ0.3mmの口金から単孔吐出量1.0g/minとなるように吐出した。吐出された樹脂を100℃の乾燥空気が30m/secで流れる乾燥筒の中に導き、15m/minでゲル状繊維を巻き取った。該ゲル状繊維を速度比のついた3つの非加熱ローラ間で9倍延伸し、その後乾燥機でゲル状繊維からヘキサフルオロイソプロパノールを完全に除去し、延伸糸を得た。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。   The resin was dissolved in hexafluoroisopropanol at room temperature (23 ° C.) so as to have a resin concentration of 15% by weight, and discharged from a die having a hole diameter of 0.3 mm so that the single hole discharge rate was 1.0 g / min. The discharged resin was introduced into a drying cylinder in which 100 ° C. dry air flows at 30 m / sec, and the gel fiber was wound up at 15 m / min. The gel-like fiber was stretched 9 times between three non-heated rollers with a speed ratio, and then hexafluoroisopropanol was completely removed from the gel-like fiber with a dryer to obtain a stretched yarn. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

実施例3
ポリエチレンテレフタレート(固有粘度:1.0dl/g)を2軸エクストルーダによって溶融し、紡糸温度300℃、紡糸口金(孔径φ0.3mm 孔数24)より単孔吐出量2.0g/minで吐出した。この紡糸口金面より下流10mmのところで一方向当たりのレーザ強度60W/cmとした炭酸ガスレーザ4方向から照射し、冷却固化後500m/minの紡糸速度で引き取り、未延伸糸を得た。延伸方法に関しては実施例1と同様の方法で行った。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。
Example 3
Polyethylene terephthalate (inherent viscosity: 1.0 dl / g) was melted by a biaxial extruder and discharged at a spinning temperature of 300 ° C. and a spinneret (hole diameter φ0.3 mm, number of holes 24) at a single hole discharge rate of 2.0 g / min. Irradiation was performed from the direction of carbon dioxide laser 4 with a laser intensity of 60 W / cm 2 per direction at 10 mm downstream from the spinneret surface, and after cooling and solidification, the undrawn yarn was obtained at a spinning speed of 500 m / min. The stretching method was the same as in Example 1. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

実施例4
固有粘度を1.2dl/gとし、紡糸温度を320℃としたこと以外は全て実施例3と同様の方法で製糸を行い、延伸糸を得た。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。
Example 4
Except that the intrinsic viscosity was 1.2 dl / g and the spinning temperature was 320 ° C., yarn was produced in the same manner as in Example 3 to obtain a drawn yarn. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

比較例5
単孔吐出量を2.0g/minとし、紡糸口金の孔数を24としたこと以外は全て比較例1と同様の方法で製糸を行い、延伸糸を得た。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。
Comparative Example 5
Except that the single hole discharge rate was 2.0 g / min and the number of holes in the spinneret was 24, yarn was produced in the same manner as in Comparative Example 1 to obtain a drawn yarn. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

比較例6
紡糸口金の孔数を24としたこと以外はすべて比較例3と同様の方法で製糸を行い、延伸糸を得た。得られたポリエステル繊維の物性を表1に示す。
Comparative Example 6
Except that the number of holes in the spinneret was 24, all yarns were produced in the same manner as in Comparative Example 3 to obtain drawn yarns. Table 1 shows the physical properties of the obtained polyester fibers.

Figure 0004791844
Figure 0004791844

表1からわかるように、本発明にかかるポリエステル繊維は、高いタフネスを有するとともに、強度および弾性率がいずれも高い値を示し、かつ、弾性率変化率がいずれも低い値を示すものである。   As can be seen from Table 1, the polyester fiber according to the present invention has high toughness, high strength and elastic modulus, and low elastic modulus change rate.

かかる本発明のポリエステル繊維は、熱安定性が優れていることから構造材への加工性にも優れている。これは本発明のポリエステル繊維の繊維構造が本質的に優れていることに起因しており、小角X線散乱像の違いからも明らかなものである。   Since the polyester fiber of the present invention has excellent thermal stability, it is excellent in processability to a structural material. This is due to the fact that the fiber structure of the polyester fiber of the present invention is essentially excellent, and is apparent from the difference in small-angle X-ray scattering images.

Claims (4)

溶融吐出した樹脂にレーザを照射して得られた未延伸糸を延伸することにより得られた下記(1)〜(4)の要件を同時に満たすことを特徴とするポリエステル繊維。
(1)強度≧10.0cN/dtex
(2)弾性率≧130cN/dtex
(3)タフネス≧30
タフネス=強度(cN/dtex)×(伸度(%))1/2
(4)弾性率変化率MC≦10%
MC(%)={(Mb−Ma)/Mb}×100
MC:弾性率変化率
Mb:処理前の弾性率(cN/dtex)
Ma:150℃×10分間定長熱処理後の弾性率(cN/dtex)
A polyester fiber characterized by simultaneously satisfying the following requirements (1) to (4) obtained by drawing an undrawn yarn obtained by irradiating a melted and discharged resin with a laser .
(1) Strength ≧ 10.0 cN / dtex
(2) Elastic modulus ≧ 130 cN / dtex
(3) Toughness ≧ 30
Toughness = strength (cN / dtex) × (elongation (%)) 1/2
(4) Elastic modulus change rate MC ≦ 10%
MC (%) = {(Mb−Ma) / Mb} × 100
MC: elastic modulus change rate Mb: elastic modulus before treatment (cN / dtex)
Ma: Elastic modulus after constant length heat treatment at 150 ° C. for 10 minutes (cN / dtex)
強度が、12.0cN/dtex以上であることを特徴とする請求項1記載のポリエステル繊維。   The polyester fiber according to claim 1, wherein the strength is 12.0 cN / dtex or more. タフネスが、35以上であることを特徴とする請求項1または2記載のポリエステル繊維。   The polyester fiber according to claim 1 or 2, wherein the toughness is 35 or more. 小角X線解析において、その散乱像が2点干渉であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のポリエステル繊維。The polyester fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the scattered image is two-point interference in small-angle X-ray analysis.
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