JP5502680B2 - 海洋ロープ用ポリエステル繊維 - Google Patents

Description

本発明は海中で使用される海洋ロープ用ポリエステル繊維に関し、さらには海洋油田のプラットフォーム（基地）を海上に安定して停泊するために適した海洋ロープ用ポリエステル繊維に関する。

海洋油田のためのプラットフォーム（基地）は、海上に安定して停泊するためにロープによる固定が行われている。しかし初期の海洋油田ではその深度は約５００〜１０００ｍであり、従来からスチール製のロープの使用に何ら問題は無かった。しかし、近年では深度１０００ｍ以上の深海での石油採掘が行われており、従来から用いられてきたスチール繊維性のロープではその自重が重く、そもそもプラットフォームに積載できなくなるという問題が発生している。

そこでスチール繊維に替わる海洋ロープ用繊維として、各種合成繊維が提案されてきている。例えば特許文献１では、ポリベンザゾール繊維と高強力ポリエチレン繊維を混繊したものが提案されている。またその表面処理についても検討がされており、例えば特許文献２では、高靭性繊維にアミノ変性シリコーン樹脂と低分子量ポリエチレンを含む組成物にてコーティングされたロープが、特許文献３ではナイロン糸に脂肪酸エステルとシリコーン系の油剤が付与されたロープが開示されている。

しかし、高強力ではあっても特殊な合成繊維を使用した場合にはそのコストが高く、経済的では無いという問題があった。また、乾燥状態での摩擦耐久性や、海上から出た湿潤状態での摩擦耐久性ではそれなりの効果を示すものの、水中での摩擦耐久性についてはまだ満足のいくものではなかった。

特開平７−１６５１６４号公報 特表２００９−５２７６６１号公報 特開平９−９５８７７号公報

本発明は上記問題点を解決し、水中での耐久性に優れ、かつ経済的な海洋ロープ用ポリエステル繊維を提供することにある。

本発明の海洋ロープ用ポリエステル繊維は、強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上で、伸度が１０％〜２０％であるポリエステル繊維であって、乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）が０．２４〜０．２８の範囲であり、乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）と湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｗｅｔ）の差が０．０３５以内であることを特徴とする。

さらには、ポリエステル繊維の比重が１．０〜１．４の範囲であることや、ポリエステル繊維がポリエチレンテレフタレート繊維であること、繊維表面の油剤付着量が０．３〜１．０ｗｔ％であること、水洗後油剤脱落率が４０％以下であることが好ましい。
またもう一つの本発明の海洋ロープは、上記の本発明の海洋ロープ用ポリエステル繊維からなるものであり、直径が１００〜３００ｍｍであることが好ましい。

本発明によれば、水中での耐久性に優れ、かつ経済的な海洋ロープ用ポリエステル繊維が提供される。

本発明の海洋ロープ用ポリエステル繊維は、強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、伸度が１０〜２０％の範囲であることを必須とするポリエステル繊維である。最終的なロープ強力を上げるためにも繊維の強度が高いことが好ましい。もっとも強度が強すぎる場合には、伸度が低下したり、製造工程での単糸切れが発生する傾向にあるため、強度としては８〜１１ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲にあることが好ましい。また伸度としては１０〜２０％の範囲であることが必要である。伸度が低すぎるとロープとした場合の強力利用率が低下し、さらにプラットフォームには波などの力が常に加えられているが、適度な変位により力を逃がしエネルギーを吸収することが出来なくなり、耐久性が低下する。逆に伸度が高すぎる場合には、そのような繊維を用いたロープでは、変位が大きくなり、対象物を十分に固定することができなくなる。また使用時に該当する湿潤時の伸度も、同等であることが好ましい。また繰り返し引張試験後も、このような強度や伸度を保つことが好ましい。

またこの海洋ロープ用に用いる繊維の比重としては１．０〜１．４の範囲にあることが好ましい。さらには１より大きく、１．４未満の範囲にあることが好ましい。比重が１より小さくなると水中に繊維やそれを用いたロープを沈めることが困難になり、作業性が低下する傾向にある。比重が大きくなると、プラットフォーム等への実効積載量が下がり、作業性ばかりでなく経済性も悪化する傾向にある。

このような本発明のポリエステル繊維としては、主としてポリエチレンテレフタレートから構成されるポリエチレンテレフタレート繊維であることが好ましい。さらにはポリエステルには本発明の目的を阻害しない範囲内、例えば全酸成分を基準として１０モル％以下、さらに好ましくは５モル％以下の範囲内であれば、第三成分が共重合されたものであってもよい。好ましく用いられる共重合成分としては、例えば、酸成分としてイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸、β−ヒドロキシエトキシ安息香酸、ｐ−オキシ安息香酸、アジピン酸、セバシン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸等を挙げることができ、また、ジオール成分としてエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレングリコール、シクロヘキサン−１，４−ジメタノール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ等を挙げることができる。

さらに、上記ポリエステル中には少量の他の重合体や酸化防止剤、制電剤、顔料、蛍光増白剤その他の添加剤が含有されていてもよい。
また繊維を構成するポリエステルの固有粘度としては、０．６０〜０．８０の範囲、さらに好ましくは０．６５〜０．７５の範囲であることが好ましい。固有粘度が低すぎる場合には、切断強度や切断伸度が低下する傾向にあり、本発明の繊維を用いたロープに必要とされる耐久性が得にくい傾向にある。またポリエステル繊維の繊度としては５００〜３０００ｄｔｅｘ、フィラメント数は３０〜１０００本程度であることが好ましい。

そして本発明の海洋ロープ用ポリエステル繊維は、乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）が０．２４〜０．２８の範囲であり、乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）と湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｗｅｔ）の差が０．０３５以内であることを必須としている。さらには、乾燥状態でと湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμ）差（ｗｅｔ−ｄｒｙ）が０．０３未満であることが好ましい。ここで本発明で用いる繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）と言うのは通常、繊維／繊維静摩擦係数と言われるものであり、このような範囲にすることによりポリエステル繊維の製造工程での工程通過性を高め、高品質の繊維を得ることが出来るようになる。特に乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）が重要であり、Ｆ／Ｆμｄｒｙが０．２８を超えると、特に高倍率延伸時の繊維へのダメージが大きくなり、高強度繊維を得ることが出来ない。逆に０．２４未満であると高速巻取り性が低下し、またロープの製造が困難になるなど生産性にも悪影響を与える。

従来海洋ロープ用には水中での耐久性を増すために油剤中にワックスなどの撥水成分を含んでいるものをディッピンングすることが多かった。しかしこのような表面処理剤では乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）が０．２８を超えてしまい、本発明の要件を満たさない。そしてこの場合には、ワックス成分による繊維／繊維摩擦係数の増大が大きく、繊維の段階にて付与した場合には延伸時に糸切れを起こすなどして高強力繊維の生産が出来ないなどの問題や、工程途中にワックス成分が固化し、定期的な生産を中止し、清掃する必要があった。またロープ加工時にワックスをディッピングする場合でも、工程途中での摩擦係数の上昇により得られるロープの強力が低下したり、途中に乾燥工程を別途追加するなどの必要があるなどの問題があった。

さらに本発明では、乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）を０．２４〜０．２８の範囲とするだけではなく、乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）と湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｗｅｔ）の差が０．０３５以内であることが、重要である。さらにはこの差が０．０３未満であることが好ましい。本発明の海洋ロープ用ポリエステル繊維を実際に使用する条件の大半は湿潤状態や水中下であり、この湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｗｅｔ）をコントロールすることが重要なのである。通常、湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｗｅｔ）は、乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）よりも大きくなるのであるが、その差を０．０３５以内にすることにより、繊維同士の擦過による使用中のロープ強力の低下を防止することが可能となった。

このように乾燥状態と湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数を変化を少なくするためには、例えば繊維表面に付着する油剤の水洗後の油剤脱落率（水脱落性）を４０％以下とすることが好ましい。さらには１５〜３０％の範囲であることがこのましい。また繊維表面の油剤付着量としては０．３〜１．０ｗｔ％の範囲であることが好ましい。油剤の脱落率が４０％より多い場合には、油剤が繊維表面から失われるのであるから、繊維／繊維摩擦は上昇しがちであり、繊維／繊維摩擦係数の変化率を０．０３５以内にすることは困難である。一方水脱落性が１５％未満の場合には、粘度が高い油剤を使用していることが多く、粘着性の高い油剤が加工機に付着することによる生産性の低下や、得られる繊維の品質の悪化をもたらす傾向にある。ここで、水脱落性とは常温（２５℃）の軟化水にて繊維を５分間洗浄し、その前後の油剤付着率の差より求めた値である。

このような摩擦係数を有するポリエステル繊維を得るためには、従来公知の平滑剤、活性剤を組み合わせる油剤を用いることにより容易に得ることが可能である。平滑剤成分としては、Ｃ_２４，_２５オレートやジオレイルチオプロピネートなどの粘度が高い成分を用いることが好ましい。配合量としては６０〜７０ｗｔ％の範囲が好ましく、油剤皮膜性能を向上させることが可能となる。粘度が低い成分を用いたり、平滑剤量が少ない場合には、水脱落性が高くなり、繊維／繊維摩擦が上がり、水中耐磨耗性が悪くなる傾向にある。逆に粘度が高すぎる成分を用いたり、平滑剤量が多い場合には、低温の海中では油剤温度が下がり、油剤成分が固化したり、増粘し、油剤としての役割を果たさない傾向にある。

活性剤としては、ポリオキシエチレン（ＰＯＥ）を付加した硬化ヒマシ油やアルキルアミンを用いることが好ましく、油剤の安定性や繊維表面への均一付着に特に有効である。油剤中の活性剤含有量としては、２０〜３５ｗｔ％の範囲が好ましい。活性剤量が少ない場合には、油剤安定性が低下し、糸表面への付着斑になりやすく、糸切れや耐摩耗性が低下する傾向にある。逆に活性剤量が多い場合には、水脱落性が高くなる傾向にあり、大気中と水中での繊維／繊維摩擦係数の差が大きくなる傾向にある。他に油剤中の添加剤としては、ポリオキシエチレン（ＰＯＥ）を付加したアルキルホスフェート塩やアルキルオレイルホスフェート塩、例えばＮａ塩やＫ塩を用いることが好ましく、繊維／繊維摩擦係数を下げることが出来る。油剤中の添加量としては５〜１０ｗｔ％の範囲が好ましい。少ない場合には、繊維／繊維摩擦係数が高くなり、水中磨耗性が悪化する傾向にある。逆に多い場合には、油剤の安定性が低下し、糸表面への付着斑になりやすく、糸切れや耐摩耗性が低下する傾向にある。

このような本発明の海洋ロープ用ポリエステル繊維は、耐水性に強く高い強力を長期間にわたり保つことが出来、比重が適度で海中で沈むために海底で繋ぐなどの作業性が高く、経済的にも最適である。

本発明の海洋ロープ用ポリエステル繊維は、海洋ロープ用に最適であり、特に海洋油田用のプラットフォーム（基地）の停泊用ロープに最適である。この海洋ロープ用ポリエステル繊維は、撚糸、合糸、つなぎ合わせを行うことにより、様々な径や長さの海洋ロープを得ることが出来る。特には直径１００〜３００ｍｍの海洋ロープであることが最適である。

このような海洋ロープは例えば、本発明のポリエステル繊維２〜１０本を撚り合わせてリングヤーンとし、得られた撚り糸２〜１０本を逆方向の撚りで撚り合わせてロープヤーンを作成し、得られたロープヤーン５〜５０本を最初の方向の撚りで撚り合わせてロープストランドを作成し、得られたロープストランド２〜１０本を逆方向の撚りで撚り合わせて繊維ロープとし、太さ５〜２０ｍｍのロープを得て、最終的にはそうして得られたロープを束ねて、太さ１００〜３００ｍｍの海洋ロープとすることができる。

本発明の海洋ロープ用ポリエステル繊維を海洋ロープに利用することにより、経済的にコストパフォーマンスに優れながら、優れた耐久性を有する海洋ロープが提供されるのである。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、実施例、比較例における各物性は以下の方法で測定した。

（１）固有粘度ＩＶｆ
ポリエステルチップ、ポリエステル繊維を１００℃、６０分間でオルトクロロフェノールに溶解した希薄溶液を、３５℃でウベローデ粘度計を用いて測定した値から求めた。

（２）原糸強度・伸度
ＪＩＳ Ｌ１０１３に準拠して測定した。

（３）ＯＰＵ測定及び水脱落性
原糸を検尺機で約３ｇ採取し、サンプル秤量瓶にいれ１０５℃で２時間乾燥し、その後３０分間放冷したのちデジタル天秤で秤量し、元重量Ｗ_１とする。１０００ｃｃビーカーに９５０ｃｃの軟化水（常温２５℃）を準備し、スターラーを用いて９００ｒｐｍで軟化水を攪拌し、そのなかにサンプルを５分間侵漬した後、１０５℃で乾燥しデジタル天秤で秤量し、水洗後の繊維重量Ｗ_２とした。その後、サンプルに超音波洗浄を実施したのち、再び水洗、乾燥してデジタル天秤で秤量し、油剤脱落後の繊維重量Ｗ_３とした。
ＯＰＵ（油剤付着量）＝（Ｗ_１−Ｗ_３）／Ｗ_１
水脱落性（水洗後の油剤脱落率）＝（Ｗ_１−Ｗ_２）／（Ｗ_１−Ｗ_３）

（４）乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）
乾燥状態での一本のポリエステル繊維を用い、ローラにて折り返し、交差角１５度となるように２回交差させ（撚掛）、走行速度１０ｃｍ／分の低速で、摩擦入側張力を３０ｇ（Ｔ_１）に調整し、摩擦出側の張力（Ｔ_２）を測定し、下記式により算出した。この繊維−繊維静摩擦係数（Ｆ／Ｆμｓ）の値を乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）とした。
Ｆ／Ｆμｓ＝（１／πｎβ）×ｌｎ（Ｔ_２／Ｔ_１）
＝１．４２ｌｏｇ_１０（Ｔ_２／Ｔ_１）
（ただし、π＝円周率、ｎ＝２（撚掛数）、β＝ｓｉｎ（交差角）＝０．２５８８）

（５）湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｗｅｔ）
上記（４）の繊維／繊維摩擦係数の測定方法を用い、ただし繊維の交差（撚掛）部分において、シャーレに水を満杯に満たし、そのシャーレ上にて表面張力で盛り上がった水の部分を繊維の交差（撚掛）部分が通過する状態にて繊維−繊維静摩擦係数（Ｆ／Ｆμｓ）を測定し、その値を湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｗｅｔ）とした。

（６）水中磨耗破断
得られたポリエステル繊維に５ターンの撚りを与え、交差角上１４度、下１０度の条件にて絡ませて、荷重６０ｇ、ストローク６０ｒｐｍの負荷を加え、繊維が破断するまでの回数を測定し、海洋ロープ用ポリエステル繊維の水中磨耗破断（回数）とした。

［実施例１〜３］
固有粘度０．６４のポリエチレンテレフタレートチップを６５Ｐの真空度下、１００℃で２時間予備結晶化した後、同真空下２３０℃で固相重合を行い、固有粘度０．９８のポリエチレンテレフタレートチップを得た。このチップを溶融押し出し機で溶融し、延伸後の総繊度が１６７０ｄｔｅｘとなるように吐出量を調整しながら孔径０．４ｍｍ、孔数１４４個の紡糸口金より紡糸した。紡出糸を３００℃に加熱した口金下の加熱雰囲気中を通過させ、２５℃の冷却風で冷却固化し、オイリングローラーで表１記載の紡糸油剤を付着せしめた後、それぞれの紡糸速度で引取った。引取った未延伸糸を、一旦巻取ることなく連続して、表面温度が１００℃とした予熱ローラと１３０℃とした延伸ローラとの間で１段目の延伸を行い、次いで該延伸ローラと第２延伸ローラとの間で２段延伸を行った。第２延伸ローラを加熱し、熱セットを施した。次いで、該熱セットローラと弛緩ローラ間で弛緩しつつ、２８００ｍ／分で捲取り、ポリエステル繊維を得た。このものの比重は１．３８７、原糸強度は８．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、破断伸度は１５％であった。

得られたポリエステル繊維３本をＳ撚りで撚り合わせてリングヤーンとし、その得られた撚り糸３本をＺ撚りで撚り合わせてロープヤーンを作成し、さらに得られたロープヤーン２１本をＳ撚りで撚り合わせてロープストランドを作成し、次いで得られたロープストランド３本をＺ撚りで撚り合わせて繊維ロープとし、太さ１３ｍｍの繊維ロープを得る。そして得られた繊維ロープを束ねて、太さ２００ｍｍの海洋ロープとした。
得られた海洋ロープ用ポリエステル繊維は、高強度でありながら単糸切れが少なく高品位で、水中での磨耗性に非常に優れた海洋ロープ用ポリエステル繊維であった。またこの海洋ロープ用ポリエステル繊維を用いたロープは、ロープ加工後に糸切れが発生せず、高品位であり、海洋ロープに適したものであった。評価結果を表２に示す。

［比較例１〜２］
表１に記載した物性を持つ紡糸油剤を使用した以外は、実施例１〜３と同様にして、比較例１、２のポリエステル繊維を得た。
得られたポリエステル繊維は、高強力ながら単糸切れが多く低品位であり、水中での磨耗性が極めて脆弱なものであった。評価結果を表２に併せて示す。

Claims (7)

1. 強度が８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上で、伸度が１０％〜２０％であるポリエステル繊維であって、乾燥状態の繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）が０．２４〜０．２８の範囲であり、乾燥状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｄｒｙ）と湿潤状態での繊維／繊維摩擦係数（Ｆ／Ｆμｗｅｔ）の差が０．０３５以内であることを特徴とする海洋ロープ用ポリエステル繊維。
2. ポリエステル繊維の比重が１．０〜１．４の範囲である請求項１記載の海洋ロープ用ポリエステル繊維。
3. ポリエステル繊維がポリエチレンテレフタレート繊維である請求項１または２記載の海洋ロープ用ポリエステル繊維。
4. 繊維表面の油剤付着量が０．３〜１．０ｗｔ％である請求項１〜３のいずれか１項記載の海洋ロープ用ポリエステル繊維。
5. 水洗後油剤脱落率が４０％以下である請求項１〜４のいずれか１項記載の海洋ロープ用ポリエステル繊維。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の海洋ロープ用ポリエステル繊維からなる海洋ロープ。
7. 直径が１００〜３００ｍｍである請求項６記載の海洋ロープ。