JP6649395B2 - 高強度合成繊維の製造方法及びそれから製造された高強度合成繊維 - Google Patents

Description

本発明は、高強度合成繊維の製造方法及びそれから製造された高強度合成繊維に係り、さらに詳しくは、溶融紡糸工程で溶融された熱可塑性高分子を紡糸するとき、紡糸ノズルの直下に配置された加熱区域を通じて、溶融状態の繊維の温度を、熱分解が生じない短時間の間、パックボディの温度よりも高温に昇温させて局部加熱することにより、分子量が低下することなしに、高分子内の分子鎖の絡み合い構造を効果的に制御して延伸性を向上させ、紡糸された繊維の延伸性を高めることにより、強度及び伸度等の機械的物性を改善し、実際に商用化される紡糸ノズルの設計と、溶融紡糸工程及び延伸工程の既存の工程を活用しながら、機械的物性を改善するので、低コストで高性能の繊維を量産することができる、高強度合成繊維の製造方法及びそれから製造された高強度合成繊維に関する。

商業化したＰＥＴ製品のうち、現在までに知られた最大強度は、１．１ＧＰａ程度であって、理論強度に対して最大限に発現可能な強度が、他の高強度繊維（極限性能のパラ系アラミド（ケブラー、Ｋｅｖｌａｒ）繊維、約２．９ＧＰａ）に比べて１／３水準である３〜４％に過ぎない。このため、一般用衣類や生活用または産業用の一部（タイヤコード）の繊維素材を除いた極限性能が求められる産業用繊維素材として適用するのには限界があった。

このように、非液晶熱可塑性繊維であるＰＥＴとナイロン系繊維は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）繊維であるＰＢО（ザイロン、Ｚｙｌｏｎ）、パラ系アラミド（ケブラー）系繊維よりも強度が低く、理論値と対比して実際の強度を極端的に上げることができないが、これは、樹脂から繊維状に加工するとき、構造形成の挙動が異なるからである。

すなわち、液晶ポリマー（ＬＣＰ）は、溶液状態において液晶状の構造をなしているので、適切なせん断応力を与えれば、紡糸前後の繊維構造のエントロピー差が少なく、極めて高い配向度及び結晶性を有する繊維構造を形成し、高強度・高性能繊維に製造することができる。

これに対して、ＰＥＴとナイロン系非液晶熱可塑性ポリマーは、溶融状態において高分子鎖が、非結晶のランダムコイル状に絡んだ複雑な構造からなるので、紡糸ノズルにおいて、高度のせん断応力及び以降の延伸比（ドラフト及び延伸比率等）を与えても、ランダムコイル状に絡んだ構造のため、完全な配向結晶化（高強度化）が相対的に得られ難い問題があった。このとき、紡糸前後の繊維構造のエントロピー間の差が大きく現れる。

一方、汎用の熱可塑性高分子の構造的な不利点にもかかわらず、従来に比べて相対的に高強度のＰＥＴ繊維を開発することができれば、適用市場と波及効果が非常に大きいものと思われ、近年、日本の繊維業界を中心にして、従来の汎用ＰＥＴ繊維の物性の極大化及び限界性能を高めるために、様々な研究が進行されている。

その一例として、高強度ＰＥＴ繊維を製造する研究として、超高分子量のＰＥＴ樹脂を用いるか（非特許文献１）、または溶融紡糸に凝固浴槽技術を適用して配向を極大化しようとする研究（非特許文献２）が報告されている。

しかしながら、これらの研究は、高強度ＰＥＴ繊維を開発するための実験室規模の接近方式であることを考慮すれば、物性向上の効果に比べて作業性及び生産性の限界により、商用化されてはいない。

また、近年、日本では、ＰＥＴ、ナイロン等の汎用の熱可塑性高分子を用い、溶融紡糸工程を基盤として、製造費用が２倍以上とならない範囲内で、既存の繊維を１．１ＧＰａ〜２ＧＰａの強度に高強度化する研究開発が報告されている。

さらには、最終的に、産業用繊維として消費量が最も多いタイヤコードに、近いうちに適用して実用化する目的で推進される研究開発分野としては、溶融構造制御技術、分子量制御技術、延伸・熱処理技術、及び評価・分析技術がある。

特に、このうち、溶融構造制御技術は、従来、固化した繊維の分子配向及び結晶化を通じて、繊維構造の形成挙動を制御し、繊維の高強度化を具現した研究とは異なり、溶融状態の高分子内の分子鎖の絡み合い（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ）構造を制御する概念として接近しており、非配向無定形繊維内の構造制御及び挙動を究明することにより、ＰＥＴ繊維の高強度化を達成しようとする。

ここに、溶融紡糸工程における分子構造を制御するための手段として、紡糸ノズル設計及びレーザー加熱、超臨界ガス、凝固浴槽等を通じて、高強度ＰＥＴ繊維を開発することが報告されている。

特に、従来、溶融紡糸工程時の紡糸ノズル設計の方法により、高強度ＰＥＴ繊維を提供するが、ノズル付近を局部加熱する方法の一例として、図７は、紡糸ノズルの直下保温法による局部加熱の実施形態であり、図８は、前記紡糸ノズルの直下保温法の実施形態のうち、ＩＩＩ−ＩＩＩ線による切断断面図である。

具体的には、溶融紡糸工程において、紡糸ノズル１００は、１００〜３５０℃の熱源が提供されるパックボディヒータ３００により維持されたパックボディ２００に固定され、紡糸後、マルチフィラメントが、常温〜４００℃の高温の電気ヒータを一定の距離から均一に適用するように、２０〜２００ｍｍのアニールヒータ部４００を通過することにより、さらに低コストで高効率の熱伝達を可能にする。

しかしながら、前記アニールヒータ部４００による繊維の局部加熱は、加熱の目的ではなく、ノズル下部の孔間の均一な温度を維持するための保温用途であって、孔間温度の偏差を最小化することにより、紡糸作業性及び品質改善のために適用されるだけで、繊維とヒータとの間の距離が遠く、繊維への均一な加熱が行われていない。

従来、溶融紡糸工程中のノズル付近を局部加熱するまた他の方法として、紡糸ノズル孔の直径を微細化し、紡糸ノズルの直下でＣО₂レーザを照射することにより、延伸後、ＰＥＴ繊維強度が１．６８ＧＰａ（１３．７ｇ／ｄｅｎ．）であり、伸度が９．１％である高性能ＰＥＴ繊維の製造が報告されている（非特許文献３）。

ここに、図９は、紡糸ノズルの直下にレーザ照射による局部加熱の実施形態であり、図１０は、この実施形態のうち、ＩＶ−ＩＶ線による切断断面図である。

具体的には、紡糸後、マルチフィラメント１１２にＣО₂レーザ照射部４１０から照射されたＣО₂レーザにより直接加熱する方式で、紡糸ノズル１００の下部がパックボディ２００の下端へ１〜３ｍｍ突出され、紡糸直後、１〜１０ｍｍの位置においてＣО₂レーザが照射される。

しかしながら、紡糸ノズルの直下におけるレーザヒートは、特定の繊維部位を高温に加熱する特徴があるが、数十〜数万個の孔を有する実際に商用化された紡糸ノズルには、同時に適用し難い限界があった。

それで、本発明者らは、高強度合成繊維の製造方法における従来の問題点を改善するために努力した結果、実際に商用化される紡糸ノズルの孔付近と紡糸ノズルの直下において繊維を二重に加熱して熱伝達方式を最適化することにより、溶融状態の繊維の温度を、熱分解が生じない短時間の間、パックボディの温度よりも高温に昇温させて局部加熱し、分子量が低下することなしに、高分子内の分子鎖の絡み合い構造を効果的に制御し、合成繊維の強度及び伸度等の機械的物性の改善を確認し、本発明を完成するに至った。

Ｚｉａｂｉｃｋｉ，Ａ．，"Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｗｅｉｇｈｔ ｏｎ Ｍｅｌｔ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）Ｆｉｂｅｒｓ"，Ｔｅｘｔ．Ｒｅｓ．Ｊ．，１９９６，６６，７０５−７１２；Ｓｕｇｉｍｏｔｏ，Ｍ．，ｅｔ ａｌ．，"Ｍｅｌｔ Ｒｈｅｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｓｍａｌｌ Ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｍｏｌｕｃｕｌａｒ−Ｗｅｉｇｈｔ Ｃｈａｉｎ．２．Ｕｎｉａｘｉａｌ ａｎｄ Ｂｉａｘｉａｌ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｌｏｗ",Ｍａｃｒｏｍｏｌ．，２００１，３４，６０５６−６０６３ Ｉｔｏ Ｍ．，ｅｔ ａｌ．，"Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓａｍｐｌｅ Ｇｅｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｄｒａｗ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｒａｗｎ Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）"，Ｐｏｌｙｍｅｒ，１９９０，３１，５８−６３ Ｍａｓｕｄａ，Ｍ．，"Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｆｌｏｗ ｉｎ ｔｈｅ Ｖｉｃｉｎｉｔｙ ｏｆ Ｓｐｉｎｎｉｎｇ Ｎｏｚｚｌｅ ｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ） Ｆｉｂｅｒｓ"，Ｉｎｔｅｒｎ．Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１０，２５，１５９−１６９

本発明は、溶融紡糸工程における紡糸時、紡糸ノズルの瞬間局部加熱方式を最適化した高強度合成繊維の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記の製造方法を通じて、強度及び伸度を改善した高強度合成繊維を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、熱可塑性高分子を少なくとも一つ以上の紡糸孔を有する紡糸口金から溶融紡糸して繊維を形成し、前記溶融状態の繊維が紡糸ノズル１０、５０の直下に配置された加熱区域４０、８０を通過するようにして加熱処理し、前記加熱処理された繊維を冷却させ、前記冷却された繊維を延伸後に巻き取るが、前記加熱区域４０、８０が、紡糸ノズル孔の周辺部に孔状タイプ４１ａ、８１ａまたは帯状タイプ４１ｂ、８１ｂから形成された加熱体により繊維を局部加熱することにより行われる高強度合成繊維の製造方法を提供する。

上記の本発明において好適に用いられる熱可塑性高分子の一例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレート（ＰＣＴ）、及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）よりなる群から選ばれるポリエステル系高分子；ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン４、及びナイロン４，６から選ばれるポリアミド系高分子；またはポリエチレンまたはポリプロピレンから選ばれるポリオレフィン系高分子；のうちから選ばれるいずれか一つである。

上記した製造方法において、溶融状態の繊維が、パックボディ２０、６０の温度よりも高温の昇温条件に維持された加熱体４１、８１を通過するが、このとき、加熱体４１、８１の温度は、パックボディの温度との温度差が０〜１，５００℃以上に提供される。また、前記パックボディ２０、６０の温度は、５０〜４００℃に維持される。

前記繊維が、紡糸ノズル孔の中心から１〜３００ｍｍ以内で離隔して孔が形成された孔状タイプ４１ａ、８１ａの加熱体を通過し、このとき、孔状タイプ４１ａ、８１ａの加熱体は、各紡糸ノズル孔の中心から３６０度方向へ同一の距離で温度を維持することができる。

また、前記繊維を、紡糸ノズル孔から同一の半径内に、複数個の孔からなる孔層が形成されるとき、隣接した孔層−孔層間に挿入された形態、または一列で配列された形態で形成された帯状タイプ４１ｂ、８１ｂの加熱体に通過させてもよい。このとき、帯状タイプ４１ｂ、８１ｂの加熱体は、孔−孔が１８０度で対向し、前記孔−孔間の距離が紡糸ノズル孔の中心から１〜３００ｍ以内で対称して挿入される。

本発明の好適な第１の実施形態に係る加熱区域４０は、紡糸ノズルの直下面から１〜３０ｍｍ以内の厚さに断熱材層４３が設けられ、前記加熱体が断熱材層から１〜５００ｍｍの長さで延長され、前記断熱材層の厚さと加熱体の延長長さを含めて繊維の加熱区域が形成されたものである。これにより、紡糸直後、固化前の溶融状態の熱可塑性高分子を間接（例えば、輻射）加熱する方式である。

また、本発明の好適な第２の実施形態に係る加熱区域８０は、パックボディの下部を基準として、−５０ｍｍ（パックボディ内に入る）〜３００ｍｍ（パックボディ外に出る）に位置したノズル胴体５２の下部と、前記ノズル胴体５２の下部に接触または一部挿入される加熱体とを有し、前記加熱体の挿入深さが０〜５０ｍｍであり、前記ノズル胴体５２の下部から延長される加熱体の延長長さは０〜５００ｍｍであり、前記ノズル胴体の下部に一部挿入された加熱体の挿入深さと、前記ノズル胴体の下部から延長される加熱体の延長長さを含めて、繊維の加熱区域が形成されたものである。

前記第２の実施形態に係る加熱区域８０を通じて、紡糸前、紡糸ノズル内の孔付近で溶融された高分子を一次に直接（例えば、伝導）加熱し、続いて、延長形成された加熱体により、紡糸後、ノズルから吐出された固化前の溶融状態の熱可塑性高分子を二次に間接（例えば、輻射）加熱する方式で行われる。

また、前記第２の実施形態において、紡糸ノズルの下部において孔付近を直接または間接的に加熱するとき、ノズルへの高温の熱伝達により、紡糸ノズル１０、５０の孔１１、５１内の溶融状態の高分子が劣化することを防ぐために、パックボディの下部を基準として、−５０ｍｍ（パックボディ内に入る）〜３００ｍｍ（パックボディ外に出る）が突出した構造で設計される。

このとき、前記紡糸ノズルにおける孔を通過するポリエステル系高分子の滞留時間を３秒以下、流量を少なくとも０．０１ｃｃ／ｍｉｎ以上、紡糸ノズルにおける孔壁面のせん断速度（ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ）を５００〜５００，０００／ｓｅｃと最適化する。

このとき、紡糸ノズル１０、５０の孔１１、５１の構造は、直径Ｄが０．０１〜５ｍｍ、長さＬがＬ／Ｄ１以上、ピッチが１ｍｍ以上であり、円形断面または異形断面であるものである。

上述した高強度合成繊維の製造方法において用いられる紡糸ノズルは、単独；または芯鞘型、サイドバイサイド型、海島型よりなる群から選ばれるいずれか一つの複合紡糸用ノズルを用いて繊維を製造する。

さらには、本発明に係る合成繊維の製造方法から、強度及び伸度の機械的物性が改善された高強度合成繊維を提供する。

具体的には、本発明に係る合成繊維の製造方法を通じて、熱可塑性高分子を溶融紡糸するとき、ノズルの直下における瞬間局部高温無加熱により、パックボディの温度よりも高く昇温して加熱した後、冷却及び延伸するが、前記局部高温加熱にもかかわらず、高分子の熱分解問題が発生せず、物性固有の粘度を維持し、強度及び伸度が改善された、高強度ＰＥＴ繊維、高強度ナイロン繊維、及び高強度ＰＰ繊維を提供する。

本発明に係る高強度合成繊維の製造方法によれば、溶融紡糸工程における紡糸時、紡糸ノズルの直下における加熱方式を最適化したものであって、実際に商用化される紡糸ノズルの孔付近と紡糸ノズルの直下において、固化前、溶融状態の熱可塑性高分子二重に加熱して熱伝達方式を最適化することにより、溶融状態の繊維の温度を、熱分解が生じない短時間の間、パックボディの温度よりも高温に昇温させて局部加熱し、分子量が低下することなしに、高分子内の分子鎖の絡み合い構造を効果的に制御し、延伸性を向上させることにより、強度、伸度等の機械的物性の改善を確認することができる。

これにより、溶融紡糸工程及び延伸工程の既存の工程を活用しながら、機械的物性を改善することで、初期投資費を下げ、量産及び低コストで高性能の繊維を生産することができる。

したがって、量産及び低コストによる価格競争力、多様な繊維物性の制御に基づき、タイヤコード、自動車、列車、航空、船舶等の輸送用内蔵材料、土木及び建築資材、電子材料、ロープ及び網等の海洋用及び軍事用途として有用であり、その他、軽量のスポーツウェア及び作業服、軍服、家具及びインテリア、スポーツ用品等の衣類及び生活用途としても有用であり、広範囲にわたる市場の確保が可能である。

以外にも、ＰＥＴ長繊維及び短繊維、不織布等の繊維分野にも適用可能であることはもとより、それを用いたフィルム、シート、成形、容器等の製造分野でも活用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る加熱区域が設けられた紡糸ノズルを示す拡大図である。 図１におけるＩ−Ｉ線による断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の変形例を示す図１におけるＩ−Ｉ線による断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る加熱区域が設けられた紡糸ノズルを示す拡大図である。 図４におけるＩＩ−ＩＩ線による断面図である。 （ａ）及び（ ｂ）は、第２の実施形態の変形例を示す図４におけるＩＩ−ＩＩ線による断面図である。 従来の紡糸ノズルが設けられた紡糸装置の紡糸部を示す断面図である。 図７におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。 他の従来例による紡糸ノズルが設けられた紡糸装置の紡糸部を示す断面図である。 図９におけるＩＶ−ＩＶ線による切断断面図である。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明は、熱可塑性高分子を少なくとも一つ以上の紡糸孔を有する紡糸口金から溶融紡糸して繊維を形成し、前記繊維が紡糸ノズル１０、５０の直下に配置された加熱区域４０、８０を通過するようにして加熱処理し、前記加熱処理された繊維を冷却させ、前記冷却された繊維を延伸後に巻き取るが、前記加熱区域４０、８０が、紡糸ノズル孔の周辺部に孔状タイプ４１ａ、８１ａまたは帯状タイプ４１ｂ、８１ｂから形成された加熱体により繊維を局部加熱することにより行われる高強度合成繊維の製造方法を提供する。

本発明に係る製造方法において、原料の高分子は、汎用の熱可塑性高分子のうち、制限なく採用できるが、より好ましくは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレート（ＰＣＴ）、及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）よりなる群から選ばれるポリエステル系高分子；ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン４、及びナイロン４，６から選ばれるポリアミド系高分子；またはポリエチレンまたはポリプロピレンから選ばれるポリオレフィン系高分子；のうちから選ばれるいずれか一つを用いる。

本発明の実施例では、好適な一例として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン６、及びポリプロピレンについて説明しているが、これに限定されるものではない。

前記紡糸時、繊維Ｆが、紡糸ノズル１０、５０の直下に配置された加熱区域４０、８０を通過するが、紡糸ノズル孔に直接的に熱接触（伝達）されないように、孔の周辺部には、孔状タイプ４１ａ、８１ａまたは帯状タイプ４１ｂ、８１ｂから形成された加熱体（ｎｏｚｚｌｅ−ｈｅａｔｉｎｇ ｍａｎｔｌｅ）４１、８１を通過する。

以下、図面を用いて説明すると、図１は、本発明の第１の実施形態に係る加熱区域が設けられた紡糸ノズルを示す拡大図であり、図２は、図１におけるＩ−Ｉ線による断面図であって、紡糸ノズル４は、紡糸装置のパックボディ２０内に設けられ、パックボディ２０の外側には、パックボディヒータ３０が設けられている。紡糸ノズル１０は、熱可塑性樹脂を溶融紡糸して繊維Ｆを形成する多数個の紡糸孔１１を有するノズル胴体１２と、前記ノズル胴体１２の紡糸孔１１の下部に配置され、紡糸後、繊維Ｆを加熱するための加熱手段と、を備える。

ノズル胴体１２は、紡糸孔１１から溶融状態の熱可塑性樹脂を紡糸して繊維Ｆを形成し、前記紡糸後、繊維Ｆが加熱手段を通過して加熱処理され、前記加熱処理された繊維Ｆを冷却させ、前記冷却された繊維Ｆをインライン延伸機で延伸後、巻き取る過程を通じて、熱可塑性高分子繊維を製造することになる。

このとき、前記紡糸ノズル１０の直下の加熱手段は、ノズル胴体１２の紡糸孔１１と同一の構造と個数からなる孔状タイプの加熱孔４１ａを形成した加熱体４１からなり、紡糸後の繊維Ｆは、前記加熱孔４１ａをそれぞれ通過し、加熱孔４１ａの通過時、加熱孔４１ａに直接的に接触（例えば、熱伝導）しないようになっている。

このため、加熱孔４１ａの内周面から繊維Ｆの中心までの距離ａ１は、１〜３００ｍｍ以内、より好ましくは１〜１００ｍｍの範囲で設定することが好ましく、このような孔状タイプの加熱孔４１ａは、加熱孔４１ａの中心から３６０度方向へ同一の距離で均一な温度を維持することができる。

また、前記加熱孔４１ａの変形例として、図３の（ａ）に示すように、紡糸孔１１が同心円状に配置された紡糸ノズルの場合、同心円状に配置された複数個の紡糸孔１１から紡糸される繊維Ｆが一緒に通過するように、円形からなる帯状タイプの加熱孔４１ｂを形成し、または図３の（ｂ）に示すように、紡糸孔１１が一直線上に一列で配置された紡糸ノズルの場合、一列で配置された複数個の紡糸孔１１から紡糸される繊維Ｆが通過するように、直線状からなる帯状タイプの加熱孔４１ｂから形成してもよい。その他、図示してはいないが、ノズル胴体１２に紡糸孔１１が配置された形態により、円弧状、散形等の多様な形態の帯状タイプの加熱孔で設計し、または様々な形態の加熱孔を組み合わせて設計してもよい。

帯状タイプの加熱孔４１ｂも、孔状タイプの加熱孔４１ａと同様に、内周面から繊維Ｆの中心までの距離ａ１を１〜３００ｍｍ、より好ましくは１〜１００ｍｍの範囲で設定する。

さらに図１を参照すると、前記ノズル胴体１２と加熱体４１は、互いに熱伝達されないようにすることが好ましく、このため、前記ノズル胴体１２と加熱体４１との間に断熱材層４３が設けられる。

ノズル胴体１２の温度は、パックボディヒータ３０の温度と同一である。前記断熱材層４３は、ノズル胴体１２の直下に位置した加熱体４１からの高温が、ノズル胴体１２に伝達されないように熱伝達遮断の機能を行い、これにより、熱可塑性樹脂、例えば、ポリエステル系高分子樹脂からなる原料が、ノズル胴体１２内において劣化し、物性が低下してしまう問題を防ぐことができる。このとき、断熱材層４３の材質は、断熱効果を具現する公知の断熱材を用いることができ、好ましくはガラス及びセラミック系化合物を含む無機系の高温耐火断熱材を用いる。

断熱材層４３の厚さａ２は、ノズル胴体１２と加熱体４１との間の距離が１〜３０ｍｍの範囲となるように設定する。例えば、前記厚さａ２が３０ｍｍを超えると、ノズル胴体１２からの紡糸後に形成される繊維Ｆが、加熱体４１により熱処理される前に冷却されて、効果的な溶融構造制御が難しいので、好ましくない。

前記加熱体４１の延長長さａ３は、断熱材層４３との接合面から１〜５００ｍｍに設定され、断熱材層４３の厚さａ２と加熱体４１の延長長さａ３を含めて加熱区域４０が形成される。

すなわち、第１の実施形態による加熱区域４０では、紡糸後の繊維Ｆが、ノズル胴体１２の直下面から１〜３０ｍｍ以内に設定された断熱材層４３の厚さａ２及び前記断熱材層４３から１〜５００ｍｍの延長長さａ３から形成された加熱体４１を通過しながら、間接（例えば、輻射）加熱される方式である。

このとき、ノズル胴体１２の直下からパックボディ２０の下端面までの距離ａ４を１〜３０ｍｍの範囲内で設定することにより、前記加熱区域４０において、断熱材層４３の全体と加熱体４１の一部がパックボディ２０内に位置することになる。これにより、紡糸直後、全ての繊維Ｆが間接（例えば、輻射）加熱されるようにして、生産性を高めることができる。

このように設計された第１の実施形態に示された加熱体４１及び断熱材層４３を含む加熱区域４０は、実際に商用化される紡糸ノズル１０の直下に、別の設計変形をすることなく、直ちに適用可能であるので、初期投資費を下げ、低コストで繊維の生産性を高めることができる。

また、第１の実施形態における加熱区域４０は、紡糸後、吐出される繊維Ｆの全体を、加熱体４１により一定の距離から均一に高温に瞬間加熱することにより、溶融状態の高分子内の分子鎖の絡み合い構造を制御し、断熱材層４３により高温の熱がノズル胴体１２の紡糸孔１１に伝達されないようにすることにより、溶融高分子の劣化による物性低下を防ぐことができる。このため、上記した第１の実施形態における加熱区域４０を適用して繊維Ｆを形成するとき、通常の熱可塑性樹脂であれば、制限なく適用されるが、より好ましくは、特に熱に弱い高分子樹脂への適用に有利であろう。

図４は、本発明の好適な第２の実施形態に係る加熱区域が設けられた紡糸ノズルを示す拡大図であり、図５は、図４におけるＩＩ−ＩＩ線による断面図であって、図示のように、第２の実施形態に係る紡糸ノズル５０は、紡糸装置のパックボディ６０内に設けられ、パックボディ６０の外側には、パックボディヒータ７０が設けられている。

紡糸ノズル５０は、熱可塑性樹脂を溶融紡糸して繊維Ｆを形成する多数個の紡糸孔５１を有するノズル胴体５２と、前記ノズル胴体５２の紡糸孔５１の下部に配置され、紡糸後、繊維Ｆを加熱するための加熱手段を備える。

第２の実施形態における前記加熱手段は、ノズル胴体５２の紡糸孔５１と同一の構造と個数からなる孔状タイプの加熱孔８１ａ、または図６の（ａ）及び（ｂ）に示すような帯状タイプの加熱孔８１ｂを形成した加熱体８１からなり、紡糸後の繊維Ｆは、前記加熱孔８１ａまたは８１ｂを通過し、通過時、加熱孔８１ａまたは８１ｂに直接的に接触（例えば、熱伝導）されないようになっている。

このような加熱孔８１ａまたは８１ｂは、第１の実施形態において説明した加熱孔４１ａまたは４１ｂと同一であるので、具体的な構成についての説明を省略する。

さらに図４を参照すると、第２の実施形態に係る加熱手段は、ノズル胴体５２の直下に断熱材層を設けず、パックボディ６０の下部からの長さｂ１が -５０ｍｍ（パックボディの内部）〜３００ｍｍ（パックボディの外部）に位置したノズル胴体５２の下部と、前記ノズル胴体５２の下部の底面に接触しまたは挿入深さｂ２の０〜５０ｍｍで挿入され、ノズル胴体５２の下部の底面から延長長さｂ３の０〜５００ｍｍの長さで延長された加熱体８１と、からなり、前記ノズル胴体５２に加熱体８１が挿入された挿入長さｂ２と、ノズル胴体５２の下部の底面から延長された加熱体８１の延長長さｂ３とを含めて、加熱区域８０が形成される。

このとき、図４の部分拡大図に示すように、ノズル胴体５２に挿入された加熱体８１の上面と、これに対向するノズル胴体５２の底面との間に、０〜１０ｍｍの隙間ｂ４が形成されており、加熱体８１とノズル胴体５２の表面が直接接触し（隙間：０ｍｍ）、または最大１０ｍｍの隙間（ｂ４）で直接または間接的（例えば、伝導または輻射）に加熱され、紡糸前のノズル胴体５２内の紡糸孔５１の付近において、溶融された熱可塑性樹脂を一次に直接（例えば、伝導）加熱されるようにする。

したがって、前記加熱区域８０は、紡糸前、ノズル胴体５２内の紡糸孔５１の付近において溶融された熱可塑性樹脂を、ノズル胴体５２の下部に挿入された加熱体８１の挿入長さｂ２と隙間ｂ４により、一次に直接または間接的（例えば、伝導または輻射）に加熱し、続いて、０〜５００ｍｍの長さで延長された加熱体８１の延長長さｂ３により、紡糸後、ノズル胴体５２から吐出された固化前の溶融状態の繊維Ｆを二次に間接（例えば、輻射）加熱することになる。

上述した第２の実施形態における加熱区域８０は、実際に商用化されるノズル胴体５２における下端の構造変更のみにより、高温の熱をノズル胴体５２の紡糸孔５１の付近に直接伝達し、ノズル胴体５２の直下に形成された加熱体８１により、繊維Ｆを間接加熱する二重加熱の熱伝達方式で最適化することにより、瞬間高温加熱により、溶融状態の高分子内の分子鎖の絡み合い構造を制御し、得られた熱可塑性高分子繊維の延伸性を向上させ、冷却速度を遅延させることにより、紡糸速度及び延伸速度を増加させ、生産性を改善することができる。

このように、第２の実施形態では、実際に商用化されるノズル胴体５２の下部構造を変更することだけで、直ちに適用可能であるので、初期投資費を下げ、低コストで合成樹脂の生産性を向上させることができる。

上述した第１の実施形態及び第２の実施形態に係る加熱手段では、同一の目的を達成するために、ノズル胴体１２、５２の各紡糸孔１１、５１を通過する溶融高分子の滞留時間、流量及びせん断速度の最適化が要求される。

このため、孔当たりの好適な溶融高分子の滞留時間は３秒以下であり、流量は少なくとも０．０１ｃｃ／ｍｉｎ以上で行われることである。このとき、ポリエステル系高分子の場合、滞留時間が３秒を超えると、溶融高分子が過度な熱に長時間露出して、劣化の問題が生じ、流量が０．０１ｃｃ／ｍｉｎ未満であれば、これもまた溶融高分子が過度な熱に露出して、劣化の問題が生じるので、好ましくない。

また、第１及び第２の実施形態に係るノズル胴体１２、５２における紡糸孔１１、５１の壁面のせん断速度（ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ）は、５００〜５００，０００／ｓｅｃであることが好ましく、せん断速度が５００／ｓｅｃ未満であれば、低いせん断応力による溶融高分子の分子配向及び構造制御効果が減少し、５００，０００／ｓｅｃを超えると、溶融高分子の粘弾性特性による溶融破断（ｍｅｌｔ ｆｒａｃｔｕｒｅ）が生じ、繊維断面の不均一をもたらしてしまう。

すなわち、本発明の特徴部である加熱体４１、８１の加熱孔４１ａ、４１ｂ、８１ａ、８１ｂは、ノズル胴体１２、５２の紡糸孔１１、５１の構造及び個数と同一に設計されることにより、紡糸後、吐出された繊維Ｆが、加熱体４１、８１をそのまま通過しながら局部加熱される。特に、孔状タイプの加熱孔４１ａ、８１ａは、ノズル胴体１２、５２の紡糸孔１１、５１の構造を維持するが、その内周面を前記ノズル胴体１２、５２の紡糸孔１１、５１の中心から１〜３００ｍｍ以内で離隔して形成することにより、各ノズル胴体１２、５２の紡糸孔１１、５１の中心から３６０度方向へ同一の距離において温度を維持する（図３及び図６を参照）。

また、帯状タイプの加熱孔４１ｂ、８１ｂは、ノズル胴体１２、５２の紡糸孔１１、５１を中心として１８０度で対向する線形構造であり、紡糸孔１１、５１の中心から１〜３００ｍｍ以内で対称して形成された構造である（図４及び図７を参照）。

このとき、加熱孔４１ａ、４１ｂ、８１ａ、８１ｂは、紡糸後、通過される繊維Ｆが直接熱に触れないような間接加熱方式で設計されるものであり、加熱孔４１ａ、４１ｂ、８１ａ、８１ｂのサイズが、ノズル胴体１２、５２の紡糸孔１１、５１の中心から１ｍｍ未満に近接すると、加熱体４１、８１が繊維Ｆと接触する可能性が高く、加熱体４１、８１の汚染及び繊維Ｆの糸切れが発生し、繊維品質及び作業性が劣り、しかも過度な熱への露出により、繊維Ｆが劣化する恐れがあり、３００ｍｍを超えると、繊維Ｆへの充分な熱伝達が行われず、溶融状態の繊維高分子内の分子鎖の絡み合い構造の制御が困難であり、物性改善の効果が低くなるので、好ましくない。

ノズル胴体１２、５２の紡糸孔１１、５１の構造について説明すると、図２及び図５に示すように、孔の直径Ｄが０．０１〜５ｍｍであり、孔の長さＬがＬ／Ｄ１以上であり、ノズル胴体内の孔１１、５１の数は、１以上である。

また、紡糸孔１１、５１間のピッチは、１ｍｍ以上であり、紡糸孔１１、５１の断面は、本発明の実施例では、円形を例示しているが、これに限定されず、異形断面（Ｙ、＋、−、О等）も適用され得る。また、紡糸ノズル１０、５０を有する紡糸口金を通じて、芯鞘型、サイドバイサイド型、海島型等、２種以上の複合紡糸が可能である。

本発明に係る加熱体４１、８１の孔状タイプの加熱孔４１ａ、８１ａは、ノズル胴体１２、５２の紡糸孔１１、５１の構造及び個数と同じであり、このため、円形、楕円形、四角形、ドーナッツ状等の全ての形態の孔構造を含む。

また、加熱体４１、８１には、通常の電熱線が適用され、その一例として、Ｃｕ系及びＡｌ系鋳込み式ヒータ、電磁誘導加熱器、シースヒータ、フランジ型ヒータ、カートリッジヒータ、コイルヒータ、近赤外線ヒータ、カーボンヒータ、セラミックヒータ、ＰＣＴヒータ、石英管ヒータ、ハロゲンヒータ、ニクロム線ヒータ等から選ばれたいずれか一つにより提供されてもよい。

本発明に係る高強度熱可塑性繊維製造用の紡糸ノズルの好適な第１、２の実施形態における加熱体４１、８１は、パックボディ２０、６０の温度との温度差が０〜１，５００℃であり、パックボディ２０、６０の温度と少なくとも同一または高い温度で提供される。

また、ノズル胴体１２、５２は、パックボディヒータ３０、７０の熱源により５０〜４００℃に維持されたパックボディ２０、６０に固定され、ノズル胴体１２、５２の温度は、パックボディヒータ３０、７０の温度と同一または高い。上記において、パックボディ２０、６０の温度が５０℃未満であれば、殆どの樹脂が溶融されずに固くなり、紡糸が困難であり、４００℃を超えると、樹脂の急激な熱分解による繊維の物性低下が発生し、好ましくない。

このとき、パックボディヒータ３０、７０の温度は、電気ヒータまたは熱媒体により調節されてもよい。

以降、溶融したポリエステル系高分子が紡糸ノズルを有する紡糸口金から吐出された繊維を形成する。特に、本発明の実施例では、最も好ましい一例として、ＰＥＴ、ナイロン、及びＰＰ繊維を説明しているが、前記素材に制限されるものではない。また、前記素材の長繊維、短繊維、不織布等の繊維分野にも適用可能であり、その他、フィルム、シート、成形、容器等の製造分野にも適用可能である。

上述した第１、２の実施形態に係る紡糸ノズル１０、５０は、１種以上の熱可塑性高分子を原料として適用した溶融紡糸工程に適用され得る。具体的には、モノフィラメント単独または複合紡糸工程に適用され、紡糸速度０．１〜２００ｍ／ｍｉｎで行い、繊維径０．０１〜３ｍｍのモノフィラメントを提供することができる。

また、上述した紡糸ノズルの直下の局部加熱方法は、溶融複合紡糸時、低速紡糸法（ＵＤＹ、１００〜２０００ｍ／ｍｉｎ）、中・低速紡糸法（ＰОＹ、２０００〜４０００ｍ／ｍｉｎ）、高速紡糸法（ＨОＹ、４０００ｍ／ｍｉｎ以上）、紡糸及びインライン延伸工程（ＳＤＹ）を用いて、１００ｄ／ｆ以下のマルチフィラメント（長繊維）単独または複合紡糸工程に適用することができる。

以外にも、ステープルファイバ（短繊維）単独または複合紡糸工程に適用して、紡糸速度：１００〜３０００ｍ／ｍｉｎで行い、繊維径１００ｄ／ｆ以下の繊維を提供することができ、紡糸速度１００〜６０００ｍ／ｍｉｎ及び繊維径１００ｄ／ｆ以下を具現する不織布（スパンボンド及びメルトブロー等）単独及び複合紡糸工程に適用することができる。その他、高分子樹脂の成形及び押出工程にも適用することができる。

上述した本発明に係る溶融紡糸工程における紡糸時、紡糸ノズルの直下における加熱方式を最適化した高強度合成繊維の製造方法は、実際に商用化される紡糸ノズルの設計と、溶融紡糸工程及び延伸工程等の既存の工程を活用しながら、物性を改善することにより、初期投資費を下げ、量産及び低コストで、高性能の繊維生産が可能である。

このため、本発明は、熱可塑性高分子を原料として用い、溶融紡糸時、紡糸ノズルの直下に配置された加熱区域を通じて、溶融状態の繊維の温度を、熱分解が生じない短時間の間、パックボディの温度よりも高温に昇温させて局部加熱することにより、前記高温加熱にかかわらず、分子量が低下することなしに、物性固有の粘度を維持し、強度及び伸度が改善された高強度合成繊維を提供することができる。

これにより、本発明では、上記の製造方法で製造され、強度が１１ｇ／ｄ以上を満たす高強度ＰＥＴ繊維を製造することができる。

特に、本発明は、固有粘度（Ｉ．Ｖ．）が０．５〜３．０、より好ましくは０．５〜１．５であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）高分子が、溶融紡糸時、ノズル直下の瞬間局部高温加熱方式により加熱後、紡糸、延伸及び冷却されることで得られる、伸度が５％以上であるとともに、下記の数式（１）により算出される強度以上の物性を満たす高強度ＰＥＴ繊維を提供する（表１及び表２）。

前記ＰＥＴ繊維の固有粘度（Ｉ．Ｖ．）の測定法は、フェノールと１，１，２，２−テトラクロロエタノールを６：４（重量比）で混合した試薬（９０）に、試料０．１ｇを、濃度が０．４ｇ／１００ｍｌとなるように、９０分間溶解させた後、ウベローデ粘度計に移し、３０℃恒温槽において１０分間維持させ、粘度計と吸引装置（Ａｓｐｉｒａｔｏｒ）を用いて、溶液の落下秒数を求める。溶媒の落下秒数も、上記の方法で求めた、下記のＲ．Ｖ．値及びＩ．Ｖ．値（ビルマイヤーの近似式）の算出式により計算した。

Ｒ．Ｖ．＝試料の落下秒数／溶媒の落下秒数
Ｉ．Ｖ．＝（Ｒ．Ｖ．−１）／４Ｃ＋３ｌｎ（Ｒ．Ｖ．）／４Ｃ（前記Ｃ：濃度（ｇ／１００ｍｌ）である）
ここに、本発明における溶融紡糸時、ノズル直下の瞬間局部高温加熱方式により、多様な固有粘度（Ｉ．Ｖ．）を有するポリエステル繊維群を対象として、既存の各繊維の固有粘度（Ｉ．Ｖ．）から得られなかった相対的に高い物性の高強度ポリエステル繊維を提供することができる。

また、本発明では、上記した製造方法により製造され、強度が１０．５ｇ／ｄ以上を満たす高強度ナイロン繊維を製造することができる。

特に、本発明は、相対粘度（Ｒｖ）２．０〜５．０、より好ましくは２．５〜３．５を有するナイロン高分子が、溶融紡糸時、ノズル直下の瞬間局部高温加熱方式により加熱後、紡糸、延伸及び冷却されることにより、伸度が５％以上であるとともに、下記数式（２）により算出される強度以上の物性を満たす高強度ナイロン繊維を提供する（表３）。

前記ナイロン繊維の相対粘度（Ｒ．Ｖ．）の測定法は、硫酸９６％に、試料０．１ｇを、濃度が０．４ｇ／１００ｍｌとなるように、９０分間溶解させた後、ウベローデ粘度計に移し、３０℃恒温槽において１０分間維持させ、粘度計と吸引装置を用いて、溶液の落下秒数を求めた。溶媒の落下秒数も、同一の方法で求めてから、下記のＲ．Ｖ．値の算出式により計算した。

Ｒ．Ｖ．＝試料の落下秒数／溶媒の落下秒数
ここに、本発明における溶融紡糸時、ノズル直下の瞬間局部高温加熱方式により、多様な相対粘度（Ｒ≡）を有するポリエステル繊維群を対象として、既存の各繊維の相対粘度（Ｒ≡）から得られなかった相対的に高い物性の高強度ポリアミド系繊維を提供することができる。

さらには、本発明では、上記した製造方法により製造され、強度が１０．０ｇ／ｄ以上を満たす高強度ＰＰ繊維を製造することができる。

特に、本発明は、溶融粘度（ＭＦＩ）３〜３０００、好ましくは３〜２００、さらに好ましくは１０〜３５を有するポリプロピレン（ＰＰ）高分子が、溶融紡糸時、ノズル直下の瞬間局部加熱方式により加熱後、紡糸、延伸及び冷却されることにより、伸度が５％以上であるとともに、下記数式（３）により算出される強度以上の物性を満たす高強度ＰＰ繊維を提供する（表４）。

前記ＰＰ樹脂及び繊維の溶融粘度（ＭＦＩ、Ｍｅｌｔ Ｆｌｏｗ Ｉｎｄｅｘ）の測定法は、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８（ＭＦＩ ２３０／２）法により得られるが、具体的には、ＰＰ樹脂を２３０℃で６分程度溶かした後、直径２ｍｍのノズルにより、２．１６ｋｇの重りで圧力を加え、１０分間吐出された樹脂の重量（ｇ／１０ｍｉｎ）を測定する。

ここに、本発明における溶融紡糸時、ノズル直下の瞬間局部高温加熱方式により、多様な溶融粘度（ＭＦＩ）を有するポリオレフィン系繊維群を対象として、既存の各繊維の溶融粘度（ＭＦＩ）から得られなかった相対的に高い物性の高強度ポリオレフィン系繊維を提供することができる。

本発明は、上述した製造方法により高強度合成繊維を提供することにより、量産及び低コストによる価格競争力、多様な繊維物性の制御に基づき、タイヤコード、自動車、列車、航空、船舶等の輸送用内蔵材料、土木及び建築資材、電子材料、ロープ及び網等の海洋用及び軍事用途として有用であり、その他、軽量のスポーツウェア及び作業服、軍服、家具及びインテリア、スポーツ用品等の衣類及び生活用途としても有用であり、広範囲にわたる市場の確保が可能である。

［実施例］
以下、実施例に基づき、本発明についてさらに詳述する。

本実施例は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞第１の実施形態に係る加熱方式による高強度ＰＥＴ繊維の製造
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂（固有粘度１．２０ｄｌ／ｇ）を押出機に入れて溶融押出し、３００℃の温度の紡糸ノズルに流入させた。このとき、パックボディの熱源により紡糸ノズルと同一の温度に維持されたパックボディで取り囲まれた形態で紡糸して、未延伸及び部分延伸ＰＥＴ繊維を製造した。このとき、前記紡糸ノズルの直下に断熱材層４３及び前記紡糸ノズルと同一の孔の構造と個数で作製されたヒータをノズルの下端部から５ｍｍ及び１０ｍｍの長さでそれぞれ配置し、吐出直後の繊維を間接加熱方式で加熱する加熱区域４０を形成した。前記断熱材層４３及びヒータからなる加熱体４１は、前記紡糸ノズルの各孔の中心部において、１０ｍｍよりも大きな半径を有する複数個の孔から形成され、紡糸後、吐出口から吐出された繊維がそのまま通過しながら、断熱材層４３及びヒータからなる加熱体４１に直接接触せずに熱伝達されるように設計された。

（１）紡糸条件
−使用樹脂：ＰＥＴ（Ｌ．Ｖ．１．２０）
−紡糸温度（ノズル温度）：３００℃
−紡糸ノズル孔の直径：Φ０．５
−紡糸ノズル孔当たりの吐出量：３．３ｇ／ｍｉｎ
−ノズル直下の局部加熱ヒータ温度：ノズル温度＋１００℃以上
−紡糸速度：０．５〜２ｋ／ｍｉｎ
＜実施例２＞第２の実施形態に係る加熱方式による高強度ＰＥＴ繊維の製造
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂（固有粘度１．２０ｄｌ／ｇ）を押出機に入れて溶融押出し、２９７℃の温度の紡糸ノズルに流入させた。このとき、パックボディの熱源により紡糸ノズルと同一の温度に維持されたパックボディで取り囲まれた形態で紡糸して、未延伸及び部分延伸ＰＥＴ繊維を製造した。前記紡糸ノズルの下部では、パックボディの下部から２ｍｍ突出され、断熱材無しに、ノズルの下端部から５ｍｍ以内の距離に前記紡糸ノズルと同一の孔の構造と個数で作製されたヒータからなる加熱体８１を２０ｍｍ長さで配置し、吐出直後の繊維を直接・間接加熱方式で加熱する加熱区域８０を形成した。前記ヒータからなる加熱体８１は、紡糸ノズルの各孔の中心部において、１０ｍｍよりも大きな半径の孔が複数個形成され、各紡糸ノズルの吐出口から吐出された繊維と直接接触せずに熱伝達されるように設計され、前記紡糸ノズルの下端部から５ｍｍ以内の地点に直接熱伝達されるようにした。このとき、紡糸条件は、前記実施例１と同一であり、その結果を表１に示した。

上記した表１の結果、ノズル直下の局部高温加熱を通じて製造された実施例１及び実施例２におけるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂は、紡糸工程の間、繊維の固有粘度の変化がなかったので、熱分解問題が生じなかったことが確認される。

また、上記した実施例１及び実施例２におけるＰＥＴ樹脂は、強度及び伸度のような繊維物性が、ノズル直下における局部高温加熱無しに行われた従来の方法から得られた繊維の物性よりも高い結果が確認された。ここに、ノズル直下の局部高温加熱による分子鎖の絡み合いの制御により物性が向上したことが確認された。

特に、強度及び伸度のような繊維物性の向上の側面において、第２の実施形態の場合がさらに向上したので、溶融樹脂を直接または間接的に局部加熱する方式が好ましいことが確認された。また、以降、さらに高温で加熱するとき、強度がさらに改善される可能性も確認された。

＜実施例３〜４＞第２の実施形態に係る加熱方式による高強度ＰＥＴ繊維の製造
第２の実施形態に係るノズル直下の局部高温加熱方式を行うが、表２に示すように、ＰＥＴ樹脂の固有粘度を変更し、下記の低速紡糸及びオフライン延伸を行ったことを除いては、上記の実施例２と同様にして高強度ＰＥＴ繊維を製造した。

（１）紡糸条件
−使用樹脂：ＰＥＴ（Ｉ．Ｖ．０．６５及び１．２０）
−紡糸温度（ノズル温度）：２８０〜３００℃
−紡糸ノズル孔の直径：Φ０．５
−紡糸ノズル孔当たりの吐出量：３．３ｇ／ｍｉｎ
−ノズル直下の局部加熱ヒータ温度：ノズル温度＋１００℃以上
−紡糸速度：１ｋ／ｍｉｎ
（２）オフライン延伸条件
−未延伸糸：前記紡糸条件から得られたＰＥＴａｓ−ｓｐｕｎ繊維
−１ｓｔゴデットローラの速度（温度）：１０ｍ／ｍｉｎ（８５℃）
−延伸段数：３段以上
−糸切れ無しに連続して延伸可能な最大延伸比における延伸糸のサンプリングを実施（熱固定温度１３０〜１８０℃）

上記した表２から明らかなように、固有粘度０．６５及び１．２のＰＥＴ樹脂を、ノズル直下の瞬間局部高温加熱を通じて製造された実施例３〜４の繊維と、ノズル直下の局部高温加熱を行わなかったことを除いては同様にして製造された比較例２〜３の繊維とは、紡糸工程の間、固有粘度の変化が観察されなかった。これにより、ノズル直下の瞬間局部高温加熱を通じて熱分解問題が生じなかったことが確認される。

また、強度及び伸度のような繊維物性の結果、実施例３〜４で製造された未延伸糸（ａｓ ｓｐｕｎ糸）及び延伸糸の繊維物性値が、ノズル直下の局部高温加熱を行わなかったことを除いては同様にして製造された比較例２〜３の繊維に対して高い結果を示した。このような結果から、低分子量及び高分子量のＰＥＴ樹脂共に、ノズル直下の局部高温加熱による分子鎖の絡み合いの制御により、物性が向上することが確認された。

特に、実施例３〜４の延伸糸の場合、低分子量及び高分子量のＰＥＴ繊維共に、既存の比較例２〜３に対して、同一の伸度において強度が１０％以上向上した。

＜実施例５〜６＞第２の実施形態に係る加熱方式による高強度ナイロン繊維の製造
相対粘度２．６及び３．４のナイロン６樹脂（Ｒｖ３．４）を押出機に入れて溶融押出し、２７０℃の温度の紡糸ノズルに流入し、第２の実施形態に係るノズル直下の局部高温加熱方式で紡糸時、加熱処理し、下記の低速紡糸及びオフライン延伸を行って、ナイロン６繊維を製造した。但し、ノズル直下の局部高温加熱方式を行わなかったことを除いては、同様な方式で比較例４〜５を行った。その結果を表３に示した。

（１）紡糸条件
−使用樹脂：ナイロン６（Ｒｖ２．６及び３．４）
−紡糸温度（ノズル温度）：２５０〜２７０℃
−紡糸ノズル孔の直径：Φ０．５
−紡糸ノズル孔当たりの吐出量：３．３ｇ／ｍｉｎ
−ノズル直下の局部加熱ヒータ温度：ノズル温度＋１００℃以上
−紡糸速度：１ｋ／ｍｉｎ
（２）オフライン延伸条件
−未延伸糸：前記紡糸条件から得られたナイロン６ａｓ−ｓｐｕｎ繊維
−１ｓｔゴデットローラの速度（温度）：１０ｍ／ｍｉｎ（８５℃）
−延伸段数：３段以上
−糸切れ無しに連続して延伸可能な最大延伸比における延伸糸のサンプリングを実施（熱固定温度１３０〜１８０℃）

上記した表３の結果から、相対粘度（Ｒｖ）２．６及び３．４のナイロン６樹脂を用いて、ノズル直下の瞬間局部加熱を通じて製造された実施例５〜６の繊維と、ノズル直下の局部高温加熱を行わなかったことを除いては同様にして製造された比較例４〜５の繊維とは、紡糸工程の間、相対粘度の差がなく、同一に観察された。これにより、ノズル直下の瞬間局部高温加熱を通じて熱分解問題が生じなかったことが確認される。

また、強度及び伸度のような繊維物性の結果、相対粘度（Ｒｖ）２．６及び３．４のナイロン６樹脂を用いて、ノズル直下の局部高温加熱により得た実施例５〜６の未延伸糸（ａｓ ｓｐｕｎ糸）及び延伸糸の繊維物性値が、比較例４〜５の繊維に対して高い結果を示した。このような結果から、低分子量及び高分子量のナイロン樹脂共に、ノズル直下の局部高温加熱による分子鎖の絡み合いの制御により、物性が向上することが確認された。

特に、実施例５〜６の延伸糸の場合、低分子量及び高分子量のナイロン６繊維共に、既存の比較例４〜５に対して、同一の伸度において強度が１０％以上向上した。

＜実施例７〜８＞第２の実施形態に係る加熱方式による高強度ＰＰ繊維の製造
溶融粘度（ＭＦＩ）３３及び１２のＰＰ樹脂を押出機に入れて溶融押出し、２７０℃の温度の紡糸ノズルに流入し、第２の実施形態によるノズル直下の局部高温加熱方式で紡糸時、加熱処理し、下記の紡糸及び延伸条件により行って、ＰＰ繊維を製造した。但し、ノズル直下の局部高温加熱方式を行わなかったことを除いては、同様な方式で比較例６〜７を行った。その結果を表４に示した。

（１）紡糸条件
−使用樹脂：ＰＰ（ＭＦＩ（１９０／５）３３及び１２）
−紡糸温度（ノズル温度）：２１０〜２７０℃
−紡糸ノズル孔の直径：Φ０．５
−紡糸ノズル孔当たりの吐出量：３．３ｇ／ｍｉｎ
−ノズル直下の局部加熱ヒータ温度：ノズル温度＋１００℃以上
−紡糸速度：１ｋ／ｍｉｎ
（２）オフライン延伸条件
−未延伸糸：前記紡糸条件から得られたＰＰ繊維
−１ｓｔゴデットローラの速度（温度）：１０ｍ／ｍｉｎ（８５℃）
−延伸段数：３段以上
−糸切れ無しに連続して延伸可能な最大延伸比における延伸糸のサンプリングを実施（熱固定温度１３０〜１８０℃）

上記した表４の結果から、溶融粘度（ＭＦＩ）３３及び１２のＰＰ樹脂を用いて、ノズル直下の瞬間局部高温加熱を通じて製造された実施例７〜８の繊維と、ノズル直下の局部高温加熱を行わなかったことを除いては同様にして製造された比較例６〜７の繊維とは、紡糸工程の間、固有粘度の変化が観察されなかった。これにより、ノズル直下の瞬間局部高温加熱を通じて熱分解問題が生じなかったことが確認される。

また、強度及び伸度のような繊維物性の結果、溶融粘度（ＭＦＩ）３３及び１２のＰＰ樹脂を用いて、ノズル直下の局部高温加熱して得た実施例７〜８の未延伸糸（ａｓ−ｓｐｕｎ糸）及び延伸糸の繊維物性値が、比較例６〜７の繊維に対して高い結果を示した。このような結果から、低分子量及び高分子量のＰＰ樹脂共に、ノズル直下の局部高温加熱による分子鎖の絡み合いの制御により、物性が向上することが確認された。

特に、実施例７〜８の延伸糸の場合、低分子量及び高分子量のＰＰ繊維共に、既存の比較例６〜７に対して、同一の伸度において強度が１０％以上向上した。

上述のように、本発明に係る製造方法は、溶融紡糸工程における紡糸時、紡糸ノズルの直下における加熱方式を最適化したものであって、実際に商用化される紡糸ノズルの孔付近と紡糸ノズルの直下において、マルチフィラメントを二重に加熱して熱伝達方式を最適化することにより、瞬間高温加熱により、溶融状態の高分子内の分子鎖の絡み合い構造を制御し、繊維の延伸性を向上させることにより、強度及び伸度を改善した。

本発明に係る高強度合成繊維の製造方法は、溶融紡糸工程及び延伸工程等の既存の工程を活用しながら、物性を改善することにより、初期投資費を下げ、量産及び低コストで、高性能の繊維の生産が可能である。

このため、熱可塑性高分子のうち、ＰＥＴ、ナイロン、及びＰＰ繊維を含む高強度の合成繊維群を提供することにより、タイヤコード、自動車、列車、航空、船舶等の輸送用内蔵材料、土木及び建築資材、電子材料、ロープ及び網等の海洋用及び軍事用途として有用であり、その他、軽量のスポーツウェア及び作業服、軍服、家具及びインテリア、スポーツ用品等の衣類及び生活用途としても有用であり、広範囲にわたる市場の確保が可能である。

特に、高強度のＰＥＴ繊維を提供することにより、ＰＥＴ長繊維及び短繊維、不織布等の繊維分野に適用可能であり、それを用いたフィルム、シート、成形、容器等の製造分野でも活用可能である。

以上、本発明は、記載された具体例についてのみ詳述されているが、本発明の範囲内において様々な変形及び修正が可能であることは、当業者にとって明らかなものであり、このような変形及び修正が、添付の特許請求の範囲に属するのは、当然なことである。

１０、５０ 紡糸ノズル
１１、５１ 紡糸孔
１２、５２ ノズル胴体
２０、６０ パックボディ
３０、７０ パックボディヒータ
４０、８０ 加熱区域
４１、８１ 加熱体
４１ａ、４１ｂ、８１ａ、８１ｂ 加熱孔
４３ 断熱材層
Ｆ 繊維

Claims (10)

1. 紡糸装置のパックボディ内に少なくとも一つ以上の紡糸孔を有する紡糸ノズルが設けられ、熱可塑性高分子を前記紡糸ノズルから溶融紡糸して繊維を形成し、
   前記溶融状態の繊維を、紡糸時に紡糸ノズルの直下に配置された加熱区域に通過させて加熱処理し、
   前記加熱処理された繊維を冷却させ、
   前記冷却された繊維を、延伸後、巻き取るが、
   前記紡糸ノズルは、パックボディの下部を基準として、−５０ｍｍ（パックボディ内に入る）〜３００ｍｍ（パックボディ外に出る）でノズル胴体が位置し、
   前記ノズル胴体の下部に、接触または一部挿入される加熱体の挿入深さが０〜５０ｍｍで、前記ノズル胴体の下部から延長される加熱体の延長の長さは０〜５００ｍｍであり、前記ノズル胴体の下部に一部挿入された加熱体の挿入深さと、前記ノズル胴体の下部から延長された加熱体の延長の長さを含めて繊維の加熱区域が形成され、
   前記ノズル胴体に挿入された加熱体の上面とこれと向き合うノズル胴体の底面の間に０〜１０ｍｍの間隙ｂ４が形成されており、加熱体とノズル胴体の表面が直接接触して（間隙０ｍｍ）または最大１０ｍｍの間隙（ｂ４）によって直接または間接的に加熱されて、
   前記加熱区域が、紡糸ノズル孔の周辺部に孔状タイプまたは帯状タイプから形成された加熱体により繊維を局部加熱することを特徴とする高強度合成繊維の製造方法。
2. 前記熱可塑性高分子が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレート（ＰＣＴ）、及びポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）よりなる群から選ばれるポリエステル系高分子；ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン４、及びナイロン４，６から選ばれるポリアミド系高分子；またはポリエチレンまたはポリプロピレンから選ばれるポリオレフィン系高分子；のうちから選ばれるいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の高強度合成繊維の製造方法。
3. 前記溶融状態の繊維が、パックボディの温度との温度差が０〜１，５００℃以上である加熱体を通過して、瞬間局部高温加熱されたことを特徴とする請求項１に記載の高強度合成繊維の製造方法。
4. 前記パックボディの温度が５０〜４００℃の温度に維持されたことを特徴とする請求項３に記載の高強度合成繊維の製造方法。
5. 前記繊維を、紡糸ノズル孔の中心から１〜３００ｍｍ以内で離隔して孔が形成された孔状タイプの加熱体に通過させたことを特徴とする請求項１に記載の高強度合成繊維の製造方法。
6. 前記繊維を、紡糸ノズルの中心孔から同一の半径内に、複数個の孔からなる孔層が形成されるとき、隣接した孔層−孔層間に挿入された形態、または一列で配列された形態で形成された帯状タイプの加熱体に通過させたことを特徴とする請求項１に記載の高強度合成繊維の製造方法。
7. 前記紡糸ノズルにおいて、各孔を通過する溶融した熱可塑性高分子の滞留時間が３秒以下であり、流量が少なくとも０．０１ｃｃ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項１に記載の高強度合成繊維の製造方法。
8. 前記紡糸ノズルにおいて、孔の壁面のせん断速度が５００〜５００，０００／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１に記載の高強度合成繊維の製造方法。
9. 前記紡糸ノズルの孔の構造が、直径（Ｄ）が０．０１〜５ｍｍ、長さ（Ｌ）はＬ／Ｄが１以上、ピッチが１ｍｍ以上、及び孔の断面が円形または異形断面であることを特徴とする請求項１に記載の高強度合成繊維の製造方法。
10. 前記紡糸ノズルが、単独紡糸用ノズル；または芯鞘型、サイドバイサイド型、海島型よりなる群から選ばれるいずれか一つの複合紡糸用ノズルであることを特徴とする請求項１に記載の高強度合成繊維の製造方法。

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