JP5082100B2 - 全芳香族ポリエステル極細フィラメントの製造手段 - Google Patents

Description

本発明は、延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントおよびその製造方法およびその製造装置に関し、特にそれらの簡便な延伸手段によって得られる７倍以上で、さらに１５倍以上の高倍率で延伸され、２０μｍ以下の極細全芳香族ポリエステルフィラメントの製造に関する。

全芳香族ポリエステル繊維は、その高強度高弾性率、高耐熱性等の優れた特性より、工業資材等として各方面で使用されている。しかし、全芳香族ポリエステル繊維は紡糸性や延伸性が悪いため、繊維径を細くすることが困難であった。したがって、従来の全芳香族ポリエステルフィラメントは繊維径が大きいため、ロープ等の工業用資材に使用した場合に、しなやかさに欠け、使用特性において問題があった。そして、全芳香族ポリエステル繊維径を細くすることは、従来は、全芳香族ポリエステル繊維の紡糸条件を検討することによって行われていた（例えば、特開昭６２−１７７２１１号、特開平１−２７２８１２号）。
一方、本発明は赤外線加熱によるフィラメントの延伸技術に関するものであるが、それらの技術は、従来、種々行われていた（例えば、特開２００３−１６６１１５号公報、国際公開第００／７３５５６号パンフレット、鈴木章泰、他１名 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．８３、ｐ．１７１１−１７１６、２００２年、鈴木章泰、他１名 高分子学会予稿集、高分子学会２００１年５月７日、５０巻４号、ｐ７８７、鈴木章泰、他１名 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．８８、ｐ．３２７９−３２８３、２００３年、鈴木章泰、他１名 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、ｖｏｌ．９０、ｐ．１９５５−１９５８、２００３年）。しかし、これらは全芳香族ポリエステルフィラメントを、高倍率に、しかも高度に分子配向された形態で、延伸されることを実現するには十分ではなかった。
また、従来の全芳香族ポリエステル繊維からなる不織布は、全芳香族ポリエステル繊維を数センチメータに切断し、カードウェブにして積層し、ニードルパンチして不織布としており、切断、カードウェブ化、ニードルパンチなど、工程が多く、コストアップになっているばかりでなく、短繊維からなるため、不織布の強度が繊維の絡み合いに依存しており、全芳香族ポリエステル繊維が本来有している高強度を有効に利用していなかった。

本発明は、上記従来技術をさらに発展させたものであって、その目的とするところは、特殊な紡糸法を採用することなく、簡便な手段で容易に延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントを得ることができるようにすることにある。また他の目的は、全芳香族ポリエステルフィラメントを、高品質でフィラメント径細く、安定して製造可能とすることにある。さらに他の目的は、全芳香族ポリエステルフィラメントからなる長繊維不織布を製造可能とすることにある。

本発明は、延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントに関する。全芳香族ポリエステルフィラメントとは、全芳香族ポリエステルポリマーを主成分とするフィラメントを意味する。フィラメントは、実質的に連続した長さを持つ繊維で、長さの短い（数ミリメータから数センチメータ）からなる短繊維とは区別される。なお、本発明におけるフィラメントは、一本のフィラメントからなるシングルフィラメントである場合と、複数のフィラメントからなるマルチフィラメントである場合が含められる。一本のフィラメントにかかる張力等では、「単糸あたり」と表現するが、一本のフィラメントでは、「その一本のフィラメントあたり」を意味し、マルチフィラメントでは、それを構成する「個々のフィラメント一本あたり」を意味する。
繊維となるポリエステルの代表格はポリエチレンレフテレフタレートであるが、分子中にエチレン基を有するため屈曲性がある。本発明における全芳香族ポリエステルポリマーとは、分子中にこのようなメチレン基やエチレン基を全て芳香族基に置き換えた合成高分子で、ポリアリレートとも呼ばれる。これらの全芳香族ポリエステルは、融点が高く、また分子配向させることにより、高強度、高弾性率を有するフィラメントとなることに特徴がある。また、全芳香族ポリエステルの多くが、サーモトロピック液晶を形成する。全芳香族ポリエステルポリマーには、ｐ−ヒドロキシ安息香酸（ＨＢＡ）と６−ヒドロキシ−２ナフトエ酸（ＨＮＡ）からエステル交換反応で合成された商品名ベクトランがある。また、ｐ−ヒドロキシ安息香酸（ＨＢＡ）とジアセトキシビフェニール、テレフタル酸、イソフタル酸の共重合で合成された商品名エコノールがある。しかし、これらの例示にとどまらず、上記定義に示した全芳香族ポリエステルからなるフィラメントであれば、本発明の全芳香族ポリエステルフィラメントに含まれる。
本発明における全芳香族ポリエステルフィラメントは、フィラメントの骨格（芯の部分）を前記全芳香族ポリエステルポリマーからなり、表面（鞘の部分）が他のポリマーから構成されている場合も含められる。このような構成にすることにより、全芳香族ポリエステルの紡糸性を改善することができる。この鞘部分のポリマーとして耐熱性のあるポリエステルである、ポリエチレン−２、６−ナフタレート（ＰＥＮ）ポリ−１、４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）などが特に有効である。また、ポレフェニレンエーテルやその変性体などのポリエーテルも使用することができる。
本発明は、原フィラメントを延伸する手段を提供するものである。本発明における原全芳香族ポリエステルフィラメントとは、既に全芳香族ポリエステルフィラメントとして製造されて、ボビン等に巻き取られたものであってもよいし、紡糸過程において、フィラメントが冷却や凝固により全芳香族ポリエステルフィラメントとなったものを、紡糸過程に引き続き使用され、本発明の延伸手段の原料となる全芳香族ポリエステルフィラメントとして使用してもよい。したがって、紡糸工程における溶剤が若干含まれていている場合のように、溶剤や膨潤剤が含まれる場合も含められる。
本発明における原全芳香族ポリエステルフィラメントとは、既に紡糸過程や延伸工程を経て分子配向されたものであっても使用される。全芳香族ポリエステル融液はサーモトロピック液晶を示し、紡糸のみで分子配向され、このように高度に分子配向されている原フィラメントからでも、さらに高倍率に延伸できることに本発明の特徴がある。しかし、紡糸過程で紡糸条件を工夫することにより、分子配向が制限されているフィラメントである好ましい。本発明において、原フィラメントの強度が、単糸あたり、１０ＧＰａ以下である未延伸フィラメントであることが好ましく、さらに、５ＧＰａ以下であることが好ましく、１ＧＰａ以下であることが最も好ましい。本発明人の先発明で明らかにしたように、ナイロンやポリエチレンテレフタレート等の汎用熱可塑性樹脂フィラメントでは、相当に分子配向した原フィラメントでも、赤外線光束で超高倍率に延伸出来、高分子配向のフィラメントが得られる。しかし、全芳香族ポリエステルフィラメントでは、分子配向度が制限されていることで、延伸性が増すことが明らかになった。
本発明の原全芳香族ポリエステルフィラメントは、赤外線加熱手段（レーザーを含む）により照射される赤外線光束により延伸適温に加熱される。赤外線は、原フィラメントを加熱するが、延伸適温に加熱される範囲が、フィラメントの中心でフィラメントの軸方向に、上下４ｍｍ（長さとして８ｍｍ）以内であることが好ましく、さらに好ましくは３ｍｍ以下、最も好ましくは２ｍｍ以下で加熱される。本発明は、狭い領域で急激に延伸することにより、高度の分子配向を伴った延伸を可能にし、しかも高倍率延伸であっても、延伸切れを少なくすることができた。なお、この赤外線光束が照射されるフィラメントが、マルチフィラメントである場合は、上記の「フィラメントの中心」は、マルチフィラメントのフィラメント束の中心を意味する。
なお、この場合の赤外線光束の照射は、複数箇所から照射されることが好ましい。全芳香族ポリエステルフィラメントにおいて、フィラメントの片側のみからの加熱は、その融解温度が高く、加熱時間が短いので、もともと延伸が困難なフィラメントが、非対称加熱により、さらに困難になるからである。このような複数箇所からの照射は、複数個の赤外線光束の光源から照射してもよいが、一つの光源からの光束を鏡によって反射させることにより、複数回、原フィラメントの通路に沿って照射させることによって達成することもできる。鏡は、固定型ばかりでなく、ポリゴンミラーのように回転するタイプも使用することができる。
また、複数箇所からの照射の別な手段として、複数光源からの光源を原フィラメントに複数箇所から照射する手段がある。比較的小規模のレーザー光源で安定してコストの安いレーザー発振装置を複数用いて、高パワーの光源とすることができる。本発明の全芳香族ポリエステルフィラメントは、高ワット密度が必要であることより、この複数光源を使用する方式は有効である。
赤外線は、波長０．７８μｍから１ｍｍまでとされているが、高分子化合物のＣ−Ｃボンドの３．５μｍの吸収を中心としており、０．７８μｍから２０μｍ程度の近赤外の範囲が特に好ましい。これらの赤外線は、鏡やレンズにより、線状または点状に焦点を絞り、全芳香族ポリエステルフィラメントの加熱域を、フィラメントの軸方向に上下４ｍｍ以内に絞り込むスポットヒータやラインヒータと呼ばれる加熱ヒータが使用できる。特に、ラインヒータは、複数本の全芳香族ポリエステルフィラメントを同時に加熱する場合に好適である。
本発明の赤外線加熱には、レーザーによる加熱が特に好ましい。中でも、１０６μｍの波長の炭酸ガスレーザーと、１．０６μｍの波長のＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット系）レーザーが特に好ましい。また、アルゴンレーザーも使用することができる。レーザーは、放射範囲を小さく絞り込むことが可能であり、また、特定の波長に集中しているので、無駄なエネルギーも少ない。本発明の炭酸ガスレーザーは、パワー密度が１０Ｗ／ｃｍ^２以上、好ましくは１００Ｗ／ｃｍ^２以上、最も好ましくは、１５０Ｗ／ｃｍ^２以上である。狭い延伸領域に高パワー密度のエネルギーを集中することによって、本発明の高倍率延伸が可能となるからである。本発明におけるレーザーのワット密度は、本発明人の先発明に示した従来の汎用繊維ポリマーの場合より、数段大きいワット密度を必要とすることに特徴がある。なお、本発明では、複数方向からの光束を使用することを特徴とするが、その場合のワット密度は、それぞれの照射方向からのワット密度を合計して示す。
本発明においては、全芳香族ポリエステルフィラメントが延伸される張力を、非常に小さい状態に制御されることを特徴とする。本発明における延伸張力は、単糸あたり、好ましくは３０ＭＰａ以下、さらに好ましくは１０ＭＰａ以下、最も好ましくは５ＭＰａ以下にすることによって延伸される。３０ＭＰａを越えると、延伸切れが生じ易くなり、高倍率延伸するためには、このような張力範囲にあることが望ましい。全芳香族ポリエステルフィラメントの延伸では、通常、数百ＭＰａの延伸張力を必要とするが、本発明では、１桁から２桁小さい延伸張力であることを特徴とする。このように小さい延伸張力で、延伸倍率を７倍以上、条件によっては２０倍以上、さらには３０倍以上と極端に大きな倍率が実現できるのは、延伸温度が融点前後と、極端に高い温度を維持しつつ、非常に狭い延伸領域であるため、全芳香族ポリエステルフィラメントの切断を免れて変形できるものと思われる。
このように、本発明においては、非常に小さな張力で延伸されることに特徴がある。本発明の延伸における延伸張力は、自己の自重により与えられる張力によっても延伸されることを特徴とする。これは、一般の延伸が、ローラ間の速度差によって与えられる張力や、巻き取りによる張力によって延伸されることと原理的に異なる。本発明では、加熱部に加わる全芳香族ポリエステルフィラメントの自重の大きさ（加熱部から自由落下している距離によって定まる）を、自由落下距離を変化させることで最適の張力を選択することができる。小さな延伸張力において、最適張力を見いだすことは困難であるが、本発明では、自己の自重により、落下距離という簡便な手段で、容易に延伸張力を制御できるようにしたことに特徴がある。特に、本発明の延伸のスタート時、即ち、延伸の立ち上げ時に、落下距離とレーザーパワー密度を種々に変化させて、最適延伸張力を探して、その状態と延伸倍率から、ローラ間延伸へと導いていくことができる。
本発明において、得られた延伸全芳香族ポリエステルフィラメントの延伸倍率が７倍以上、好ましくは２０倍以上、さらに好ましくは３０倍以上、最も好ましくは５０倍以上の超高倍率で延伸されることを特徴とする。本発明では、もともと延伸性が悪い全芳香族ポリエステルフィラメントを、このような簡便な装置で３０倍以上、さらには５０倍以上の高倍率を実現でき、高倍率によってフィラメント径の小さいフィラメントが得られた。また、全芳香族ポリエステル繊維では一般に紡糸が困難であるが、紡糸過程で安定する比較的太いフィラメントを得ておき、本発明の延伸で高倍率に延伸することで、フィラメント径の小さい繊維を得ることは、生産系全体の安定生産にも寄与する。
本発明では、このように高倍率延伸を可能にしたことにより、フィラメント径が２０μｍ以下、さらに１０μｍ以下、好条件では５μｍ以下といった極細全芳香族ポリエステルフィラメントの製造を可能にしたことに特徴がある。全芳香族ポリエステル繊維も、強度や弾性率などの力学的特性が高くても、フィラメント径が大きいと、ロープ等の柔軟性に欠け、また防護服においては、着心地が良くない。また、フィルター等の不織布においても、フィラメント径が小さいことは、種々の性能を高め、カバリングパワーもアップする。したがって、本発明においてフィラメント径を小さくすることで、これらの製品の品質を向上させることもできた。
本発明の連続法においは、フィラメントを送り出す手段から送り出された原全芳香族ポリエステルフィラメントについて延伸が行われる。送出手段は、ニップローラや数段の駆動ローラを組み合わせることなどにより一定の送出速度で、全芳香族ポリエステルフィラメントを送り出すことが出来るものであれば種々のタイプのものが使用できる。また、延伸されたフィラメントは、必要に応じて巻き取られるが、その巻取速度は、ニップローラや数段の駆動ローラを組み合わせるなどの一定の送出速度で、全芳香族ポリエステルフィラメントを巻き取る手段が使用される。これらの送出手段または巻取手段によって構成される本発明の全芳香族ポリエステルフィラメントの製造装置は、延伸されたフィラメントの径を測定することで所定の延伸倍率になるように、フィラメントの送出速度や巻取速度、またはフィラメントの巻取速度と送出速度との両者をコントロールするように構成されている制御手段を有することが望ましい。
本発明において、赤外線光束が原フィラメントに当たる直前で、原フィラメントの位置を規制する案内具を設けることが好ましい。原フィラメントの赤外線光束による加熱は、非常に狭い範囲において加熱されることが特徴で、その狭い範囲の加熱を可能にするために、全芳香族ポリエステルフィラメントの位置を規制する必要がある。下記に述べる送風管の出口の形状によって、そのような機能を持たすことも可能であるが、送風管は全芳香族ポリエステルフィラメントを送る気体の通気や、全芳香族ポリエステルフィラメントの通し易さに重点を置き、その後に簡便な案内具によって、全芳香族ポリエステルフィラメントの位置が規制されることが好ましい。従来の通常の延伸では、延伸張力が大きいので、案内具は必要としない。しかし本発明では、延伸張力が小さくて延伸倍率が大きく、また加熱域が狭いので、延伸点のほんの少しのゆらぎや変動は、延伸の安定性に大きく影響する。したがって、延伸点の直前に案内具を設けることが、延伸の安定性に大きく寄与する。本発明における案内具は、細い管や溝、コーム、細いバーの組み合わせなどが使用できる。
上記案内具においては、案内具によってフィラメントの位置を微調整できるように構成されている位置制御機構を有することが望ましい。レーザービームの狭い領域に、フィラメントの走行位置を正確にフィットさせるためには、案内具をＸＹ方向に位置制御する必要がある。
フィラメントの送出手段により送り出された原全芳香族ポリエステルフィラメントは、さらに送風管を通して、送風管中を原全芳香族ポリエステルフィラメントの走行方向に流れる気体によって送られることが望ましい。本発明では、延伸張力が小さいため、原フィラメントが走行中に案内具等による抵抗で、延伸張力が一定に保ち得ない場合があるからである。送風管を流れる気体は、通常、室温の気体が使用されるが、原全芳香族ポリエステルフィラメントを予熱したい場合は、加熱エアーが使用される。また、原全芳香族ポリエステルフィラメントが、酸化されるのを防ぐ場合は、窒素ガス等の不活性ガスが使用される。なお、送風管は、必ずしも筒状である必要がなく、溝状であってもよく、それらの中を気体とともに原全芳香族ポリエステルフィラメントが流れればよい。管の断面は、円が好ましいが、矩形でもその他の形状でもよい。管を流れる気体は、枝分かれした管の一方より供給してもよく、管が２重になっており、外側の管から内側の管へ、孔などによって供給してもよい。合成繊維のインターレース紡糸やタスラン加工に使用されるフィラメントの空気交絡ノズルも本発明の送風管として使用される。また、本発明における不織布製造のように、自由落下により延伸する場合、本発明の送風管によるエアーの勢いで、フィラメントに延伸張力を与えることもできる。
本発明における全芳香族ポリエステルフィラメントの延伸においては、複数本の原全芳香族ポリエステルフィラメントをまとめて、同一赤外線光束中で延伸できることを特徴とする。通常、赤外線光束中で複数本の原フィラメントをまとめて延伸すると、延伸フィラメント間で膠着が生じる。また、このような膠着が原因で延伸性が阻害され、高倍率の延伸ができない場合が多い。しかし、本発明の全芳香族ポリエステルフィラメントでは、原フィラメントの耐熱性が高く、延伸されることにより、さらに耐熱性が高くなることより、複数本の原フィラメントをまとめて延伸しても、膠着が起こることなく、安定して高倍率延伸を行うことができることが、実験により確認できた。複数本とは、２本以上、場合によっては、５本以上も延伸することができた。このことにより、赤外線延伸法の効率を、著しく向上させることができた。
本発明の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントは、その後続工程で、ボビンやチーズ等に巻き取られ、ボビン巻やチーズ巻の形態の製品とされる。これらの巻き取りにおいては、延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントは、トラバースされながら巻き取られることが望ましい。トラバースされることにより、均一な巻き上げ形態を確保できるからである。極細全芳香族ポリエステルフィラメントでは、糸切れや毛羽の発生が最も問題となるが、本発明では、高度に分子配向しているためと、延伸張力が小さいため、小さな巻き取り張力で巻き取ることが可能となる。そのため、本発明では、糸切れや毛羽を少なくできることも特徴となる。なお、複数本の原フィラメントを同時に延伸して、同時に巻き取る際には、撚糸機で撚をかけながら巻いて行くこともできるが、本発明はフィラメントの走行速度が速いので、インターレース交絡法によりフィラメント間を交絡して巻き取ることが好ましい。
本発明の延伸工程の後に、加熱ゾーンを有する加熱装置を設け、延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントを熱処理することもできる。加熱は、加熱気体中を通過させる方式や、赤外線加熱等の輻射加熱、加熱ローラ上を通す方式、またはそれらの併用などで行うことができる。熱処理は、延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントの熱収縮を小さくし、結晶化度を上げ、全芳香族ポリエステルフィラメントの経時変化を小さくし、ヤング率を向上させるなど、種々の効果をもたらす。なお、本発明の不織布の場合では、熱処理は、コンベア上で行ってもよい。
本発明の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントを、さらに延伸した後に巻き取ることもできる。後段階の延伸の手段は、前の段階で行った赤外線延伸手段を用いることもできるが、前の段階で充分に高倍率延伸されて、既に極細全芳香族ポリエステルフィラメントが得られている場合は、通常のゴデットローラ等のローラ間延伸や、ピン延伸などを用いることもできる。
本発明では、一定の延伸張力、延伸倍率等を赤外線光束のワット密度をコントロールすることで、安定した延伸を制御することに特徴がある。また、延伸されたフィラメント径を測定して、それをフィードバックすることで、巻取速度または送出速度、または巻取速度と送出速度の両方をコントロールし、一定のフィラメント径の製品が得られるように制御することに特徴がある。本発明においては、延伸倍率が大きいため、延伸されたフィラメント径が変動しやすいが、それを常に制御することで、安定した生産を行うことができた。
本発明における延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントを、走行するコンベア上に集積することによって、延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントからなる不織布を製造することができ、特に、強度や弾性率の大きな全芳香族ポリエステルフィラメントを、切断することなく、長繊維のまま不織布にできる特徴がある。全芳香族ポリエステルフィラメントからの不織布製造においては、フィラメントが自重で落下する張力に加えて、送風管からのエアーの勢いで、フィラメントの延伸張力を増加させることが好ましい。コンベア上に集積されたフィラメントは、フィラメント径が小さいため、フィラメント相互の絡み合いにより、単にプレス等でシート化される。また、必要に応じて、ニードルパンチやウオータジェット等の絡合手段や、接着剤や接着繊維による接合、熱エンボス等による熱接合等により、一体化を高めて使用することができる。
なお、本発明におけるフィラメントの配向度ｆは、下式のＸ線半価幅法により示される。
ｆ（％）＝［（９０−Ｈ／２）／９０］×１００
ここで、Ｈは、全芳香族ポリエステル繊維の結晶の主ピークを有する面のデバイ環に沿っての強度分布の半価を示す。
また、本発明における延伸倍率λは、原フィラメントの径ｄｏと延伸後のフィラメントの径ｄより、下記の式で表される。この場合、フィラメントの密度は一定として計算する。フィラメント径の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で、３５０倍の倍率、または１０００倍での撮影写真に基づき、１０点の平均値で行う。
λ＝（ｄｏ／ｄ）^２
また、本発明におけるフィラメントの強伸度や弾性率の測定法は、ＪＩＳＬ１０１３によって、単糸あたりの測定値を求める。

本発明は、全芳香族ポリエステルフィラメントについて、特殊な紡糸手段を用いることなく、簡便な手段で容易に極細の延伸フィラメントを得ることができる。これらの延伸全芳香族ポリエステルフィラメントは、生産面での安定や高品質化をもたらし、製品面では、ロープ等の工業製品の柔軟性を増し、防護服等の衣類においては、着心地を良くし、また、耐熱性フィルターにおいては、フィラメント径を小さく出来ることで、フィルター性能を高めることができる。
さらに、本発明により極細全芳香族ポリエステルフィラメントからなる長繊維不織布を、簡便に製造することができる。市場にある全芳香族ポリエステル繊維不織布は、全芳香族ポリエステル短繊維からなり、切断が困難な全芳香族ポリエステル繊維を、短繊維にする必要があり、その短繊維を、カードによりウェブ状にする必要があるなど、工程が複雑であった。また、できた不織布の強度は、短繊維の絡み合いの強度に依存し、全芳香族ポリエステル繊維の有する高強度が活かされていなかった。本発明の全芳香族ポリエステルフィラメントからなる不織布は、長繊維であり、フィラメントの延伸過程で直接不織布に製造することができる。したがって、防護服やフィルター用の不織布が直接製造される。また、長繊維のみからなる不織布であるため、短繊維に切断する際の繊維のダストが存在しない不織布である特徴も有する。

第１図は、本発明の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントを製造するための連続法のプロセス概念図で示す。
第２図は、本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射するための鏡の配置の例を示し、Ａ図は平面図、Ｂ図は側面図である。
第３図は、本発明の原フィラメントに赤外線光束を複数箇所から照射する他の例で、複数の光源を有する場合を平面図で示す。
第４図は、本発明の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントを、複数本再延伸場合をプロセスの概念図で示す。
第５図は、本発明に使用される送風管の概念図である。
第６図は、本発明の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントからなる不織布を製造するためのプロセスを概念図で示す。
第７図は、本発明によって延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントのフィラメント径と物性の変化を示す図表。

以下、本発明の実施の形態の例を、図面に基づいて説明する。第１図は、本発明の連続法のプロセスの例を示した。原全芳香族ポリエステルフィラメント１は、リール１１に巻かれた状態から繰り出され、コーム１２を経て、繰出ニップローラ１３ａ、１３ｂより一定速度で送り出される。送り出された原フィラメント１は、案内具１５で位置を規制されて一定速度で下降する。案内具１５は、レーザーの照射位置とフィラメントの走行位置を正確に定めるもので、図では、内径が０．５ｍｍの注射針を使用した。その他、細いパイプやコーム、また第６図で示すスネイルワイヤなども使用できる。案内具１５の直下に、走行する原フィラメント１に対して、レーザー発振装置５より一定幅の加熱域Ｍにレーザー光６が照射される。このレーザー光６は、第２図、第３図に示す複数箇所からの照射が好ましい。レーザー光６により加熱され、原フィラメントおよび延伸されたフィラメントの自重、または引取ニップローラ１９によってもたらされる延伸張力により、原フィラメントは延伸されて、延伸された全芳香族ポリエステルフィラメント１６となって下降し、下降過程に備えられている熱処理ゾーン１７を通過することが望ましい。延伸された全芳香族ポリエステルフィラメント１６は、滑車１８を通り、引取ニップローラ１９ａ、１９ｂを経て、巻取リール２０で巻き取られる。この場合において、滑車１８への延伸された全芳香族ポリエステルフィラメント１６の通路は、全芳香族ポリエステルフィラメントの自由落下の軌跡ｐとして延伸される場合と、滑車１８への直線的な軌跡ｑとして延伸される場合と、それらの中間的な軌跡として延伸される場合がある。軌跡ｑおよび軌跡ｐと軌跡ｑの中間位置では、引取テンションが延伸の張力に及ぶが、その場合は、延伸張力が３０ＭＰａ以下であることが望ましい。延伸張力は、滑車１８に張力測定機構を設けることでも測定することができる。他の方法として、バッチ法のロードセル測定により、同一送出速度やレーザー照射条件、延伸倍率等の関係から推定することができる。巻取リール２０で巻き取る前に、加熱されている延伸ロール２１ａ、２１ｂと延伸ロール２２ａ、２２ｂ間で、延伸ロール２１と２２の速度の比によって、さらに延伸することもできる。この場合の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントの熱処理ゾーン１７は、延伸ローラ２２の後に設けることもできる。また、複数の原フィラメントが同時に延伸された場合は、引取リールの直前で、インターレース法などでフィラメント間を空気交絡しておくことが望ましい。また、滑車１８や引取ローラ１９に入る直前などの位置に、フィラメント径測定装置を設け、測定されたフィラメント径をフィードバックすることにより、引取速度または送出速度等を制御して、常に一定の延伸倍率でフィラメント径の揃った製品を得ることができる。
第２図に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の例を示す。図Ａは平面図であり、図Ｂは側面図である。赤外線照射器より照射された赤外線光束３１ａは、原フィラメント１の通る領域Ｐ（図の点線内）を通って、鏡３２に達し、鏡３２で反射された赤外線光束３１ｂとなり、鏡３３で反射されて赤外線光束３１ｃとなる。赤外線光束３１ｃは、領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置から１２０度後から、原フィラメントを照射する。領域Ｐを通過した赤外線光束３１ｃは、鏡３４で反射されて、赤外線光束３１ｄとなり、鏡３５で反射されて、赤外線光束３１ｅとなる。赤外線光束３１ｅは領域Ｐを通って、最初の原フィラメントの照射位置の先ほどの赤外線光束３１ｃとは逆の１２０度後から、原フィラメント１を照射する。このように、原フィラメント１は、３つの赤外線光束３１ａ、３１ｃ、３１ｅにより、１２０度ずつ対称の位置から均等に原フィラメント１を加熱することができる。
第３図に、本発明で採用されている赤外線光束を、複数箇所から原フィラメントに照射する手段の他の例で、複数の光源を使用する例を平面図で示す。赤外線放射装置から放射された赤外線光束４１ａは、原全芳香族ポリエステルフィラメント１へ放射される。また、別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束４１ｂも、原全芳香族ポリエステルフィラメント１へ放射される。さらに別の赤外線放射装置から放射された赤外線光束４１ｃも、原全芳香族ポリエステルフィラメント１へ放射される。このように、複数の光源からの放射は、比較的小規模の光源で安定したコストの安いレーザー発振装置を複数用いて、高パワーの光源とすることができる。なお、図では光源が３個の場合を示したが、２個でもよいし、４個以上も使用できる。特に原フィラメントが複数本である場合は、このような複数光源による延伸が特に有効である。
第４図は、既に本発明により延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントを、複数本同時に繰り出し、同時に延伸する例について示す。ボビン５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅに巻かれた延伸された全芳香族ポリエステルフィラメント５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅは、それぞれ送風管５３とパイプ５４で送られ、エアーマニホールド５５に集められ、フィラメントの集合体５６となる。なお、送風管５３とパイプ５４中の全芳香族ポリエステルフィラメント５２は、図では、煩雑になるので示していない。未延伸原フィラメントは、強度やヤング率が小さく、延伸されたフィラメント５２は、繊度が小さいため、張力に耐えないので、ボビン５１は、一定速度で回転し、送り出し張力を小さくされていることが好ましい。送り出されたフィラメントの集合体５６は、ピッチ可変機構５７で、走行位置がレーザービーム５８の中心になるように調整される。ピッチ可変機構５７には、案内具５９が設けられており、その位置を、ラック６０とギア６１により、フィラメントの走行位置が微調整される。ピッチ可変機構５７は、図では一方向だけに調整される例を示したが、直角方向にラックとギアのセットを設けて、ＸＹ軸方向に調整させることができる。ピッチ可変機構５７によって位置を調整されたフィラメント集合体５６は、レーザービーム５８で加熱されて延伸され、引取機構６２によって引取速度を一定に調整され、モータＭで駆動されている巻取ボビン６３に巻き取られていく。本図において、レーザービーム５８は、１本の線で示したが、第２図や第３図の複数の光束であることが望ましい。また、図では、ボビン６３に直接巻かれている例を示したが、加撚して巻かれることや、インターレース等によりフィラメント間を絡ませて巻かれることが好ましい。また、第４図では、赤外線による再延伸の例を示したが、再延伸は、通常のローラ延伸やゾーン延伸等の他の延伸手段を用いることもできる。なお、送風管５３やパイプ５４へ導入された空気が、原フィラメント１の通路に導かれ、フィラメントが空気の流れによって送られ、エアーの送り出される風速により与えられる張力は、本発明の延伸張力に加味される。なお第４図は、延伸されたフィラメントの再延伸の例として説明したが、同様の機構で、未延伸原フィラメントの複数本延伸の手段としても使用できる。
第５図に、本発明で使用される送風管の例を示す。図Ａは、原全芳香族ポリエステルフィラメント１が通過する主管７１に、矢印ａより導入された空気が枝管７２を通じて主管７１と合流する。図Ｂは、二重管７３で、内部が空洞になっており、矢印ｂより導入された空気は、二重管内壁に設けられた多数の孔７４により、フィラメントの通路へ導かれる。図Ｃは、インターレース紡糸に使用される空気交絡ノズル７５として使用されているノズルの例で、両サイドｃ１、ｃ２から空気が吹き込まれる。このように、フィラメントの走行方向に積極的に空気が送り込まれるようにしているのは、本発明では、延伸張力が小さいため、案内具等の抵抗によってフィラメントの走行が阻害されることのないようにするためであり、また、不織布製造の場合のように、巻取テンションで積極的に張力が付加できない場合などで、空気の勢いで、延伸張力を付加することもできる。また、図Ｃのノズルは、本発明の延伸後のインターレース巻取に際しても使用できる。なお、第５図の送風管は、管状のものの例を示したが、一部が解放されて、溝状になっているものも使用される。
第６図に、本発明の不織布の製造の例を示す。多数の原全芳香族ポリエステルフィラメント１が、ボビン８１に巻かれた状態で、架台８２に取り付けられている（煩雑さを避けるため３本のみ図示する）。これらの原全芳香族ポリエステルフィラメント１ａ、１ｂ、１ｃは、案内具であるスネイルワイヤ８３ａ、８３ｂ、８３ｃを通じて、送出ニップロール８４ａ、８４ｂの回転により送り出されるようになっている。送り出された原全芳香族ポリエステルフィラメント１は、自重で下降する過程で、赤外線放射装置８５より放射されるライン状の赤外線光束により加熱される。原全芳香族ポリエステルフィラメント１の走行過程における赤外線光束による加熱部Ｎの範囲を、斜線で示す。原全芳香族ポリエステルフィラメント１に吸収されずに通過した光束は、点線で示した凹面鏡８６で反射して、加熱部Ｎに集光するように戻される。赤外線放射装置６５側にも、凹面鏡を設ける（但し、赤外線放射装置よりの光束の進行部は窓が開いている）が、図では省略してある。原全芳香族ポリエステルフィラメント１は、加熱部Ｎにおける赤外線の放射熱により加熱され、その部分より下での全芳香族ポリエステルフィラメント自身の自重により延伸されて、延伸全芳香族ポリエステルフィラメント８７ａ、８７ｂ、８７ｃとなり、走行しているコンベア８８上に集積し、ウェブ８９を形成する。コンベア８８の裏面からは、負圧吸引により、矢印ｄの方向にエアーが吸引され、ウェブ８９の走行の安定性に寄与する。負圧ｄが延伸された全芳香族ポリエステルフィラメント８７に及ぼす張力で牽引され、全芳香族ポリエステルフィラメントの細化や配向度のアップに寄与し、これらの張力も、本発明の自重による張力の一部と見なされる。図では省略してあるが、コンベア８８の進行方向に、原全芳香族ポリエステルフィラメント１の多数のボビン８１を多段に設置し、ニップローラ８４や赤外線放射装置８５等を多段に設けて、ウェブ８９の生産性をアップするようにされている。なお、このように進行方向に多段に送出ニップロール８４等を設ける場合、赤外線放射装置８５や、凹面鏡８６は、数段分を兼ねることもできる。なお、延伸張力が、フィラメントの自重やコンベア下からの負圧では不十分で、延伸や配向が小さい場合は、原フィラメント１が赤外線光束部へ導かれる際に、送風管によって導びかれ、送風管のエアーの送り出される風速により与えられる張力も加味して使用される。

原全芳香族ポリエステルフィラメントとして、ｐ−ヒドロキシ安息香酸（ＨＢＡ）と６−ヒドロキシ−２ナフトエ酸（ＨＮＡ）からエステル交換反応で合成されたポリマーを通常の方式で紡糸したマルチフィラメント（フィラメント数６０）を使用した。このフィラメントは紡糸過程で既に分子配向しており、フィラメント径２５０μｍ、ヤング率１５．１ＧＰａ、引張強度１．１９ＧＰａであった。この原マルチフィラメントを使用し、第１図の延伸装置に、レーザー出力１Ｗの１０．６μｍレーザー放射を行い、第２図の鏡を使用する方式で、ビーム径４ｍｍで延伸した。赤外線照射装置は第２図の鏡を使用して延伸した。この原フィラメントの送出速度０．５ｍ／ｍｉｎで送り出し、レーザーパワー密度を種々変化させながら、３０ＭＰａ以下の張力で、巻取速度を変化させて実験した。３０ＭＰａ以上では延伸切れが多発し、１０Ｍｐａ以下で延伸することが好ましかった。巻取速度９．４２ｍ／分で繊維径４６μｍ（延伸倍率２９．５）のフィラメントを得た。この延伸された引張強度は、１８８ＧＰａで、ヤング率は３１．６ＧＰａであった。また、巻取速度２８．３ｍ／分で繊維径２．３μｍ（延伸倍率１１８．４）のフィラメントを得た。この延伸された引張強度は、２．１２ＧＰａで、ヤング率は３９．２ＧＰａであった。巻取速度３７７ｍ／分で繊維径２．４μｍ（延伸倍率１０８．３）のフィラメントを得た。この延伸された引張強度は、１．８９ＧＰａで、ヤング率は３６．９ＧＰａであった。このように、既に分子配向しているフィラメント群であるにもかかわらず、数十倍から１００倍以上の延伸倍率が得られ、従来法では２０μｍ以下の全芳香族ポリエステルフィラメントを得るのが困難であるが、本発明では、５μ以下の極細フィラメントも容易にえることができた。また、それによって得られたフィラメントの強度や弾性率も倍増している。

ｐ−ヒドロキシ安息香酸（ＨＢＡ）と６−ヒドロキシ−２ナフトエ酸（ＨＮＡ）から合成された全芳香族ポリエステルからなるフィラメントを芯とし、ポリエチレン−２、６−ナフタレート（ＰＥＮ）からなるポリマーを鞘とする芯鞘型フィラメントを原全芳香族ポリエステルフィラメントとして、下記の延伸実験を行った。この原フィラメントのフィラメント径１０３．２μｍ、ヤング率１０．４ＧＰａ、引張強度０．７２ＧＰａ、伸度１２．８％のフィラメントであった。この原フィラメントを使用し、第１図の延伸装置に、レーザー出力１０Ｗの１０．６μｍレーザー放射を行い、第２図の鏡を使用する方式で、ビーム径４ｍｍで延伸した。実験結果を第７図に示す。延伸倍率は、７倍以上であって２０倍以上、良い条件では５０倍以上に延伸されている。また、未延伸状態でも分子配向が進んでいる原フィラメントであるにもかかわらず、延伸により強度、弾性率ともに２倍以上、３倍から４倍、弾性率では６倍も上昇している。

実施例２で、送出速度０．５ｍ／ｍｉｎ、巻取速度１８．８ｍで得られた延伸フィラメント（フィラメント径１４．１μｍ）を原料にし、２００℃で、フィラメント一本当たり１１．７ＭＰａの荷重をかけて熱処理（熱処理１）、フィラメント一本当たり２５．２ＭＰａの荷重をかけて熱処理（熱処理２）、フィラメント一本当たり３５．１ＭＰａの荷重をかけて熱処理（熱処理３）することによって、熱処理の効果を実験した。熱処理１により、フィラメント径１３．１μｍ、破断強度２．８１ＧＰａ、ヤング率６７．２ＧＰａ、熱処理２により、フィラメント径１２．７μｍ、破断強度３．０ＧＰａ、ヤング率７０．３ＧＰａ、熱処理３により、フィラメント径１２．５μｍ、破断強度３．１２ＧＰａ、ヤング率７５．４ＧＰａの熱処理フィラメントが得られた。また、熱処理前のフィラメントの示差走査熱量（ＤＳＣ）測定では、融点２６０．２℃であったのが、熱処理１、２、３を行うことにより、２６３．７℃、２６３．９℃、２６４．７℃となり、融点も向上している。

本発明による延伸された全芳香族極細フィラメントは、産業用資材として使用され、繊維径が細いので、ロープや織物などに使用された場合、柔軟で使いやすい製品となる。

Claims (7)

1. 全芳香族ポリエステルフィラメントからなる原フィラメントが、複数方向から照射される赤外線光束で加熱され、かつ、該赤外線光束の照射位置が該原フィラメントの中心でフィラメントの軸方向にそって上下４ｍｍ以内の範囲であり、加熱された該原フィラメントを、単糸あたり３０ＭＰａ以下の張力で、２０倍以上の延伸倍率に延伸する、延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントの製造方法。
2. 前記原フィラメントが、複数本のフィラメントからなる、請求項１記載の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントの製造方法。
3. 前記延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントが、延伸後に設けられた加熱ゾーンにより熱処理される、請求項１記載の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントの製造方法。
4. 前記延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントが、さらに延伸される、請求項１記載の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントの製造方法。
5. 前記延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントが、走行するコンベア上に集積される、請求項１記載の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントからなる不織布の製造方法。
6. 前記延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントが、ｐ−ヒドロキシ安息香酸（ＨＢＡ）と６−ヒドロキシ−２ナフトエ酸（ＨＮＡ）からエステル交換反応で合成されたポリマーからなり、２０倍以上の延伸倍率を有し、Ｘ線配向度が９１％以上であり、フィラメント径が１０μｍ以下である、請求項１記載の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメント。
7. 前記延伸された全芳香族ポリエステルフィラメントが、ｐ−ヒドロキシ安息香酸（ＨＢＡ）と６−ヒドロキシ−２ナフトエ酸（ＨＮＡ）から合成された全芳香族ポリエステルからなるフィラメントを芯とし、ポリエチレン−２、６−ナフタレート（ＰＥＮ）からなるポリマーを鞘とする芯鞘型フィラメントからなり、２０倍以上に延伸倍率されており、フィラメント径が３０μｍ以下であり、破断強度が２ＧＰａ以上であり、ヤング率が５０ＧＰａ以上である、請求項１記載の延伸された全芳香族ポリエステルフィラメント。

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