JP7096351B2 - 高強度原糸を製造するための紡糸パック、原糸の製造装置および原糸の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度原糸を製造するための紡糸パック（紡糸口金パック）、原糸の製造装置、および原糸の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、高い強度を有するポリエステル原糸を製造するための紡糸パック、このような紡糸パックを含むポリエステル原糸の製造装置、ポリエステル原糸の製造方法、このような製造方法で製造されたポリエステル原糸およびこのようなポリエステル原糸を含むタイヤコードに関する。

タイヤコード、エアバッグなどの製造に使用される産業用原糸についての、例えばポリエステル原糸についての機械的物性、例えば、引張強度、中間伸度、切断伸度などを向上させるための研究が持続的に行われている。

産業用原糸の一種であるポリエステル原糸は、一般にポリエステルチップを溶融し、口金を用いて溶融したポリエステルを紡糸し、ポリエステルの紡糸によって形成される半固形状態のフィラメントを冷却し、冷却されたフィラメントを集束してマルチフィラメントを形成し、マルチフィラメントを延伸し、延伸されたマルチフィラメントを巻き取って製造することができる。

このようなポリエステル原糸の機械的物性を向上させるために、延伸比および配向度を極大化させる必要がある。しかし、延伸比を増加させるためには低速紡糸が要求される反面、低速紡糸は繊維の配向度を低下させる。このように、延伸比と配向度は一種のトレードオフ（ｔｒａｄｅ－ｏｆｆ）の関係にあるため、延伸比と配向度を共に向上させることは容易でない。

トレードオフの関係にある配向度と延伸比に起因して、高速紡糸条件にて、一定水準以上に配向度が設定されると、延伸比が一定水準以上に設定され得ないのでありうる。したがって、配向度の干渉なしに高強度原糸を製造するためには、延伸比を一定水準以上に調整できるようにすることが必要である。

一方、溶融したポリエステルが口金から吐出される際に形成された半固形状態の複数のフィラメントが、加熱または冷却される際に、分子配列状態が多少変形されうる（図１参照）。延伸直前の複数のフィラメントの分子配列が不規則であれば（図１の左側の「延伸前」）延伸性が低下する。その結果、所定の延伸比の下で、強度の発現の程度が減少するしかない。したがって、延伸性の向上のために、口金から吐出される際に形成された、複数のフィラメントの分子配列を安定させるための研究が進められている。

フィラメントの分子配列を安定させるための方法として、レーザを用いて、口金の紡糸ノズルのすぐ下から複数のフィラメントを加熱する方法がある。レーザを用いた加熱方法は、複数のフィラメントの特定部位を高温に加熱する特徴があるが、数十から数万個の紡糸用ホール（孔）を備えた、商業生産用紡糸ノズルに適用して、数十から数万個のフィラメントを同時に均一に加熱するのが難しいという問題がある。また、レーザ加熱装置は高価であるため、設備運営に多くの費用がかかるという困難がある。

したがって、本発明は前記のような関連技術の制限および短所を解消できる原糸の製造装置および原糸の製造方法を提供する。

本発明の一実施形態は、高強度原糸を製造するのに使用される紡糸パックを提供する。

本発明の他の一実施形態は、前記のような紡糸パックを含み、高強度原糸を製造できる原糸の製造装置を提供する。

本発明のさらに他の一実施形態は、前記のような原糸の製造装置を用いる高強度原糸の製造方法を提供する。

本発明のさらに他の一実施形態は、前記のような製造方法で製造された原糸および前記のような原糸を含むタイヤコードを提供する。

上記に言及された本発明の観点以外にも、本発明の他の特徴および利点は、以下に説明されるか、そのような説明から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるだろう。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態は、ノズル部を有する口金、前記ノズル部を加熱する加熱ユニット、前記口金の少なくとも一部を囲むパックボディ、および、前記パックボディを囲む紡糸ブロックを含み、前記口金は、前記紡糸ブロックの少なくとも一面と対向して貯蔵空間の範囲を画する（define a storage space；貯蔵空間の輪郭面をなす）第１面、および、前記第１面と対向する第２面を有し、前記ノズル部は、複数の吐出ホールを有し、前記第２面から突出しており、前記加熱ユニットは、前記ノズル部の外側に配置される、紡糸パックを提供する。

前記加熱ユニットは、前記第２面と前記ノズル部の末端部との間に配置される。

前記加熱ユニットは、前記第２面と接触するか、または前記第２面から２０ｍｍ以下の間隔で前記第２面から離隔している。

前記加熱ユニットは電熱線を含む。

前記加熱ユニットは、４００～６００℃の温度で前記ノズル部を加熱する。

前記紡糸パックは、前記紡糸ブロックに配置されたヒーターをさらに含む。

本発明の他の一実施形態は、溶融した樹脂を吐き出すためのノズル部を有する口金、前記ノズル部を加熱する加熱ユニット、前記口金の前記ノズル部側に配置されて前記溶融した樹脂が前記ノズル部から吐き出されて形成される複数のフィラメントを冷却するための冷却部を含み、前記口金は、第１面および前記第１面と対向する第２面を有し、前記第２面は前記冷却部に向かい、前記ノズル部は、複数の吐出ホールを有し前記第２面から突出しており、前記加熱ユニットは、前記ノズル部の外側に配置される、原糸の製造装置を提供する。

前記原糸の製造装置は、前記冷却された複数のフィラメントを集束してマルチフィラメントを形成する集束部、前記マルチフィラメントを延伸する延伸部、および前記延伸されたマルチフィラメントを巻き取るワインダーをさらに含む。

本発明のさらに他の一実施形態は、紡糸パックを用いて溶融した樹脂を吐き出して複数のフィラメントを形成する段階と、冷却部を利用して前記複数のフィラメントを冷却する段階と、前記複数のフィラメントを集束してマルチフィラメントを形成する段階と、前記マルチフィラメントを延伸する段階と、前記延伸されたマルチフィラメントを巻き取る段階とを含み、前記紡糸パックは、ノズル部を有する口金、前記ノズル部を加熱する加熱ユニット、前記口金の少なくとも一部を包み込むパックボディおよび前記パックボディを包み込む紡糸ブロックを含み、前記口金は、前記紡糸ブロックの少なくとも一面と対向して溶融した樹脂の貯蔵空間の範囲を画する第１面、および、前記第１面と対向する第２面を有し、前記ノズル部は、複数の吐出ホールを有し、前記第２面から突出しており、前記加熱ユニットは、前記ノズル部の外側に配置される、原糸の製造方法を提供する。

前記加熱ユニットは４００～６００℃の温度で前記ノズル部を加熱する。

前記溶融した樹脂は５００～４，０００ｍ／ｍｉｎの速度で紡糸される。

前記マルチフィラメントは２～４の延伸比で延伸される。

前記溶融した樹脂はポリエステル樹脂を含み、前記原糸はポリエステル原糸である。

本発明のさらに他の一実施形態は、前記の製造方法で製造される原糸を提供する。

前記原糸は８．５ｇ／ｄ(denier)以上の引張強度を有する。

本発明のさらに他の一実施形態は、前記原糸を含むタイヤコードを提供する。

前記タイヤコードは７．８ｇ／ｄ以上の引張強度を有する。

前記タイヤコードは８８％以上の強度維持率を有する。

上記のような本発明に関する一般的な叙述は、本発明を例示または説明したものに過ぎず、本発明の権利範囲を限定するものではない。

本発明の一実施形態による紡糸パックは、口金の第２面から突出したノズル部およびノズル部を加熱する加熱ユニットを含み、加熱ユニットは、ノズル部を効果的に加熱して、ノズル部より紡糸されるフィラメントが均一な分子配列を有し得るようにする。また、加熱ユニットが露出しているため、加熱ユニットから発生した熱はノズル部以外の他の部分に影響を与えず、突出したノズル部は、加熱ユニットによってのみ加熱されるため、ノズル部の温度制御が有利である。

したがって、樹脂およびフィラメントが不要な熱の影響を受けないため、フィラメントの物性が低下せず、フィラメントが優れた物性を有し、このようなフィラメントを含む原糸も優れた物性を有し得る。また、原糸製造にあたり、優れた再現性を達成することができる。

また、加熱ユニットが突出したノズル部の周囲に配置されるため、加熱ユニットの設置および除去が容易で、製造費用を節減することができる。

添付の図面は、本発明の理解を助け、本明細書の一部を構成するためのものであり、本発明の実施例を例示し、発明の詳細な説明と共に本発明の原理を説明する。

従来のフィラメントにおける延伸の直前および直後の分子構造に対する概略図である。 本発明の一実施形態による紡糸パックの概略的な断面図である。 本発明の一実施形態による口金の第２面と加熱ユニットに対する平面図である。 図３のＩ－Ｉ’線に沿って切断した断面図である。 本発明の他の一実施形態による口金の第２面と加熱ユニットに対する平面図である。 本発明のさらに他の一実施形態による原糸の製造装置に対する概略図である。 本発明のさらに他の一実施形態により製造されたポリエステルフィラメントの延伸直前および直後の分子構造に対する概略図である。 比較例による紡糸パックの概略的な断面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

本発明の技術的思想および範囲を逸脱しない範囲内で本発明の様々な変更および変形が可能であるという点は当業者にとって自明である。したがって、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明およびその均等物の範囲内に含まれる変更および変形を全て含む。

以下、図２～図４を参照して、本発明の一実施形態による紡糸パック１００を具体的に説明する。

図２は、本発明の一実施形態による紡糸パック１００の概略的な断面図であり、図３は、本発明の一実施形態による口金１１０の第２面１１２と加熱ユニット１３０に対する平面図であり、図４は、図３のＩ－Ｉ’線に沿って切断した断面図である。

本発明の一実施形態による紡糸パック１００は、口金１１０、加熱ユニット１３０、パックボディ１６０、および紡糸ブロック１７０を含む。図２を参照すると、紡糸パック１００は、紡糸ブロック１７０に配置されるヒーター１８０をさらに含む。

図２～図４を参照すると、口金１１０は、紡糸ブロック１７０の少なくとも一面と対向して貯蔵空間１９０の範囲を画する第１面１１１、および第１面１１１と対向する第２面１１２を有する。紡糸ブロック１７０と、口金１１０の第１面１１１とによって範囲が画される貯蔵空間１９０には、溶融した樹脂が貯蔵される。また、口金１１０は、ノズル部１１５を有する。ノズル部１１５は、複数の吐出ホール１２０を有する。吐出ホール１２０は、メインホール１２１とチップ部１２２とを含む。ノズル部１１５に形成される複数の吐出ホール１２０を通じて、溶融した樹脂が吐出される。具体的には、溶融した樹脂は、吐出ホール１２０を通過した後に吐出される。

本発明の一実施形態によれば、ノズル部１１５は、第２面１１２から突出している。例えば、ノズル部１１５は、第２面１１２から５～１００ｍｍ程度突出している。すなわち、ノズル部１１５は、５～１００ｍｍ程度の突出長さｔ１を有する。ここで、ノズル部１１５の突出長さｔ１は、ノズル部１１５が口金１１０の第２面１１２から突出した長さを意味する（図４参照）。

加熱ユニット１３０は、ノズル部１１５を加熱する。加熱ユニット１３０がノズル部１１５を加熱することによって、ノズル部１１５の吐出ホール１２０を通して吐出されるフィラメント１０の分子配列が安定化される。

図３を参照すると、同心円状に２列に配置される、複数の吐出ホール１２０の両側に、加熱ユニット１３０が配置される。

より具体的には、本発明の一実施形態によれば、加熱ユニット１３０はノズル部１１５の外側に配置され、ノズル部１１５を加熱する。図２および図４を参照すると、加熱ユニット１３０は、突出したノズル部１１５の少なくとも一部を取り囲む形態で配置される。例えば、加熱ユニット１３０は、口金１１０の第２面１１２と、ノズル部１１５の末端部１１５ａとの間に配置される。

本発明の一実施形態によれば、加熱ユニット１３０は、第２面１１２との間に２０ｍｍ以下の間隔を有する。具体的には、加熱ユニット１３０は、第２面１１２と接触するか、または、第２面１１２から２０ｍｍ以下の間隔で第２面１１２と離隔されうる。

図２および図４に示すように、加熱ユニット１３０は他の構成要素に覆われずに露出しているため、加熱ユニット１３０から発生した熱は、ノズル部１１５だけを加熱することで、紡糸パック１００の他の部分には影響を与えない。また、ノズル部１１５が、突出していて、加熱ユニット１３０によってのみ加熱されるため、ノズル部１１５の温度制御が容易である。ノズル部１１５の吐出ホール１２０を通して吐出されるフィラメント１０は、加熱ユニット１３０以外の他の構成要素による不要な熱の影響を受けないため、フィラメント１０の物性の制御が容易であり、フィラメント１０が優れた物性を有し得る。しかも、原糸３０の製造にあたり再現性が向上する。

また、加熱ユニット１３０は、突出したノズル部１１５の周囲に配置されるため、加熱ユニット１３０の設置および除去が容易である。

図３を参照すると、加熱ユニット１３０は電熱線を含む。ここで、電熱線は加熱源の役割を果たす。しかし、本発明の一実施形態による加熱源は、これに限定されるものではない。加熱ユニット１３０は、ドット形状または棒形状を有し、その他の形状を有することもできる。また、加熱ユニット１３０は、ドット形状の加熱源を含むこともでき、棒形状の加熱源を含むこともできる。

加熱ユニット１３０は、脱着可能にノズル部１１５に装着される。このため、ノズル部１１５と加熱ユニット１３０とを結着する手段、例えば、図示していないが、ボルト、ボルト溝、掛け止め段部などをノズル部１１５、口金１１０または加熱ユニット１３０に備えることができる。

加熱ユニット１３０は、電流によって発熱する電熱線を含むことができる。このような電熱線としては、例えば、ニクロム線、鉄クロム線、タングステンなどの電熱線がある。電熱線は、例えば４００～６００℃の温度で発熱しうる。加熱ユニット１３０は、直線または曲線の形態に延長され、その延長の方向が、溶融した樹脂の吐出方向に垂直になるように配置される。

本発明の一実施形態によれば、加熱ユニット１３０は、４００～６００℃の温度でノズル部１１５を加熱する。これにより、ノズル部１１５に備えられた複数の吐出ホール１２０を通して吐き出される複数のフィラメント１０の分子配列が安定化される。加熱ユニット１３０が、４００～６００℃の温度でノズル部１１５を加熱することによって、特にポリエステルからなるフィラメントの分子配列が安定化される。

本発明の一実施形態による紡糸パック１００は、口金１１０の少なくとも一部を包み込むパックボディ１６０をさらに含むことができる。パックボディ１６０は、口金１１０を安定的に支持し、口金１１０の温度を維持する役割を果たす。

また、紡糸パック１００は、パックボディ１６０を包み込む紡糸ブロック（ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）１７０をさらに含む。紡糸ブロック１７０は、口金１１０とパックボディ１６０とを保護する。図２を参照すると、紡糸ブロック１７０の少なくとも一面と、口金１００の第１面１１１とによって、溶融した樹脂の貯蔵空間１９０の範囲が画される。より具体的には、口金１００の第１面１１１、パックボディ１６０および紡糸ブロック１７０によって、溶融した樹脂の貯蔵空間１９０の範囲が画される。

本発明の一実施形態によれば、紡糸パック１００は、紡糸ブロック１７０に配置されるヒーター１７０をさらに含む。ヒーター１７０は、紡糸ブロック１７０およびパックボディ１６０を加熱することで、貯蔵空間１９０に貯蔵された、溶融した樹脂の温度が、一定に維持されるようにする。

パックボディ１６０の温度は、例えば２６０～３２０℃に維持する。パックボディ１６０の温度が２６０℃未満であれば、貯蔵空間１９０に収容された樹脂の温度が、融点以下に下がることで固まるので紡糸が難しくなりうる。反面、パックボディ１６０の温度が３２０℃を超えれば、貯蔵空間１９０に収容された樹脂の熱分解によって、原糸の物性が低下しうる。

図２を参照すると、紡糸パック１００は、パックボディ１６０の内部に配置される分配板１５０と掃流板１４０をさらに含むことができる。

図５は、本発明の他の一実施形態による、口金１１０の第２面１１２と、加熱ユニット１３０とについての平面図である。

図５を参照すると、円弧（ａｒｃ）状のノズル部１１５が、口金１１０の第２面１１２から突出しており、ノズル部１１５には、複数の吐出ホール１２０が形成されている。複数の吐出ホール１２０は、同心円状に２列に配置されており、加熱ユニット１３０は、同心円状に配列された吐出ホール１２０についての各列の両側に配置される。図５を参照すると、加熱ユニット１３０はノズル部１１５の外側に配置される。

以下、図６を参照して、本発明のさらに他の一実施形態による原糸製造装置２００について詳細に説明する。図６は、本発明のさらに他の一実施形態による原糸製造装置２００に対する概略図である。

図６を参照すると、本発明のさらに他の一実施形態による原糸製造装置２００は、押出機（ｅｘｔｒｕｄｅｒ）２１０、紡糸パック１００、冷却部２４０、集束部２５０、延伸部２６０、およびワインダー２７０を含む。

押出機２１０は、樹脂（ｐｏｌｙｍｅｒ）を溶融して、溶融した樹脂を紡糸パック１００へと伝達する。樹脂（ｐｏｌｙｍｅｒ）としては、例えばポリエステル樹脂を使用することができる。以下、説明の便宜のため、ポリエステル樹脂を使用するポリエステル原糸の製造装置を中心にして、本発明のさらに他の一実施形態による原糸製造装置２００を説明する。しかし、本発明の製造装置２００は、ポリエステル原糸の製造にのみ使用されるものではなく、当業界で公知の他の原糸の製造でも使用することができる。

紡糸パック１００は、押出機２１０から伝達された溶融した樹脂、例えばポリエステル樹脂を吐出して複数のフィラメント１０を形成する。

紡糸パック１００については、図２～図４を参照してすでに説明した通りである。

具体的には、図２を参照すると、紡糸パック１００は、口金１１０、加熱ユニット１３０、パックボディ１６０、紡糸ブロック１７０、およびヒーター１８０を含む。

図２～図４を参照すると、口金１１０は、溶融した樹脂を吐出するためのノズル部１１５を含む。ノズル部１１５は、複数の吐出ホール（孔）１２０を有しており、溶融した樹脂、例えば溶融したポリエステル樹脂は、複数の吐出ホール１２０を通して吐出される。吐出ホール１２０は、口金１１０に備えられたノズル部１１５の末端部１１５ａを通じて露出する。ノズル部１１５の末端部１１５ａを吐出面ともいう。また、吐出ホール１２０は、メインホール１２１と、チップ部１２２とを含む。吐出ホール１２０を通じての、溶融したポリエステル樹脂の吐出によって、フィラメント１０の紡糸が行われる。

図３を参照すると、複数の吐出ホール１２０は、口金１１０の第２面１１２から突出したノズル部１１５に同心円状に配列される。しかし、本発明の一実施形態は、これに限定されるものではなく、吐出ホール１２０は他の形状に配列することもできる。

加熱ユニット１３０は、ノズル部１１５の外側に配置されてノズル部１１５を加熱する。加熱ユニット１３０がノズル部１１５を加熱することによって、ノズル部１１５の吐出ホール１２０を通して吐出される複数のフィラメント１０の分子配列が安定化される。

加熱ユニット１３０の形態は特に限定されるものではない。加熱ユニット１３０は、円形、半円形、円弧（ａｒｃ）形、Ｓ字形、直線形、Ｗ字形などの形態で作られうる。加熱ユニット１３０は電熱線を含むことができる。例えば、加熱ユニット１３０は電熱線からなるのでありうる。

図３を参照すると、加熱ユニット１３０は、半円形のラインが互いに連結されて一つの屈曲したラインをなす形態を有する。しかし、本発明のさらに他の一実施形態が、これに限定されるのではなく、加熱ユニット１３０は、多様な形態で作られうる。

加熱ユニット１３０は、溶融したポリエステル樹脂が口金１１０の複数の吐出ホール１２０から吐出されて形成された、複数のフィラメント１０が、冷却部２４０に移動する際に、複数のフィラメント１０の移動を妨害しないように配置される。

本発明の一実施形態によれば、加熱ユニット１３０は吐出ホールに、十分に近く配置されるのであり、これにより、ダイスウェル現象によって整列したポリエステルの分子配列を、そのまま固定できる程度の十分な熱を、複数のフィラメント１０に瞬間的に印加することができる。その結果、フィラメント１０およびマルチフィラメント２０の延伸性を向上させることができる。

図２および図４に示すように、加熱ユニット１３０は、他の構成要素に覆われずに露出しているため、加熱ユニット１３０から発生した熱は、紡糸パック１００の他の部分に影響を与えない。また、ノズル部１１５が突出していて、加熱ユニット１３０によってのみ加熱されるため、ノズル部１１５の温度制御が容易である。ノズル部１１５の吐出ホール１２０を通して吐出されるフィラメント１０が、加熱ユニット１３０以外の他の構成要素による不要な熱の影響を受けないため、フィラメント１０の物性の制御が容易であり、フィラメント１０は優れた物性を有し得る。なお、原糸３０の製造にあたり再現性が向上する。

また、加熱ユニット１３０は、突出したノズル部１１５の周囲に配置されるため、加熱ユニット１３０の設置および除去が容易で、原糸の製造費用を節減することができる。

加熱ユニット１３０は４００～６００℃の温度を有しうる。加熱ユニット１３０によって、ノズル部１１５は４００～６００℃の温度で加熱されうる。

図６を参照すると、本発明の一実施形態による原糸の製造装置２００は、口金１１０の少なくとも一部を囲むパックボディ（ｐａｃｋ ｂｏｄｙ）１６０を含む。パックボディ１６０は２６０～３２０℃に維持される。パックボディ１６０の温度が２６０℃未満であれば、ポリエステル樹脂の温度が融点以下に下がることで固まるので、紡糸が難しくなる。反面、パックボディ１６０の温度が３２０℃を超えれば、ポリエステル樹脂の熱分解によって、ポリエステル原糸の物性が低下しうる。

本発明のさらに他の一実施形態によれば、ノズル部１１５は、パックボディ１６０から５～１００ｍｍ突出しうる。これにより、加熱ユニット１３０は、ノズル部１１５のみを選択的に加熱することができる。

また、ポリエステル樹脂が吐出ホール１２０から吐出されてフィラメント１０が形成される過程にてフィラメント１０が加熱されるように、加熱ユニット１３０は、口金１１０の第２面１１２から０～２０ｍｍ離隔して配置されうる。ここで、加熱ユニット１３０が口金１１０の第２面１１２から０ｍｍ離隔されるということは、加熱ユニット１３０が口金１１０の第２面１１２と接触して配置されるということを意味する。

加熱ユニット１３０と口金１１０の第２面１１２との間の距離が２０ｍｍを超えると、フィラメント１０が吐出ホール１２０から吐き出される際に直ちに加熱され得ないのであり、その結果、ポリエステル樹脂の分子配列は、その状態で直ちに固定できない。

本発明の一実施形態による原糸製造装置２００は、パックボディ１６０の内部に配置された分配板１５０と掃流板１４０とをさらに含むことができ、パックボディ１６０を包み込む紡糸ブロック１７０をさらに含むことができる。紡糸ブロック１７０の端部にはヒーター１８０が配置される。ヒーター１８０は、紡糸ブロック１７０またはパックボディ１６０を加熱することができる。

冷却部２４０は、複数のフィラメント１０を冷却する。

集束部２５０は、冷却された複数のフィラメント１０を集束してマルチフィラメント２０を形成する。集束部２５０は、マルチフィラメント２０に油剤を付与できる。このため、集束部２５０は油剤付与手段（図示せず）をさらに含むことができる。

延伸部２６０はマルチフィラメント２０を延伸する。図６を参照すると、延伸部２６０は、第１ゴデットローラ（Godet Roller；糸送りローラ）２６１および第２ゴデットローラ２６２を含む。延伸部２６０による延伸によって、延伸されたマルチフィラメントである原糸３０が形成される。

ワインダー２７０は、延伸されたマルチフィラメントを巻き取る。

以下、図６を参照して、本発明のさらに他の一実施形態による原糸３０の製造方法を具体的に説明する。以下、ポリエステル原糸を中心にして原糸の製造方法を説明する。

まず、紡糸パック１００を用いて溶融した樹脂を吐出して、複数のフィラメント１０を形成する。ここで、溶融した樹脂はポリエステル樹脂を含むことができる。この場合、原糸３０はポリエステル原糸となる。

具体的には、０．７～２．１ｄｌ／ｇの固有粘度を有するポリエステルチップを押出機２１０に投入して溶融させ、溶融したポリエステル樹脂を製造する。このとき、ポリエステルチップとしてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用することができる。このように溶融したポリエステル樹脂は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含むことができる。

押出機２１０で溶融されたポリエステル樹脂の温度は、２９０～３１０℃である。溶融されたポリエステル樹脂の温度が２９０℃未満の場合、ポリエステル樹脂が均一に溶けず、紡糸が困難であり、３１０℃を超過するとポリエステル樹脂の粘度が過度に低くなるだけでなく、高温による熱分解が発生して高強度の発現が難しくなりうる。

溶融したポリエステル樹脂が、紡糸パック１００の口金１１０から吐出されることで、複数のフィラメント１０が紡糸される。口金１１０のノズル長さ（Ｌ）とノズル直径（Ｄ）の比率であるＬ／Ｄは２～５である。Ｌ／Ｄが２未満であれば紡糸性が不良であり、Ｌ／Ｄが５を超える場合もパック圧が上昇して紡糸性が不良である。ここで、ノズル長さ（Ｌ）は、口金１１０の第１面１１１とノズル部１１５の末端部１１５ａとの間の距離として定義され、ノズル直径（Ｄ）は、ノズル部１１５の幅として定義されうる（図４参照）。

本発明の一実施形態によれば、紡糸速度は５００～４，０００ｍ／ｍｉｎである。したがって、溶融した樹脂は、５００～４，０００ｍ／ｍｉｎの速度で紡糸されうる。

口金１１０から吐出されると直ちに、ポリエステル樹脂の固化が始まることで半固形状態の複数のフィラメント１０が形成される。この際、上述のように、ダイスウェル現象によって、ポリエステル樹脂の分子配列が規則的に整列される。

加熱ユニット１３０によってノズル部１１５が加熱されるため、フィラメントが形成される際に加熱が行われうる。図２および図４を参照すると、加熱ユニット１３０は吐出ホール１２０のチップ部１２２に配置されるため、ポリエステル樹脂がフィラメント１０として紡糸される際に加熱される。

加熱ユニット１３０は、４００～６００℃の温度でノズル部１１５を加熱する。これにより、複数のフィラメント１０は、４００～６００℃の温度で加熱されうる。

具体的には、口金１１０は、２６０～３２０℃に維持されるパックボディ１６０によって包み込まれており、口金１１０のノズル部１１５は、パックボディ１６０から５～１００ｍｍ突出している。溶融したポリエステル樹脂が吐出されるノズル部１１５の末端部１１５ａは、加熱ユニット１３０によって加熱され、パックボディ１６０の温度よりも高い温度に、例えば４００～６００℃に加熱されうる。

紡糸パック１００から紡糸された複数のフィラメント１０は、冷却部２４０にて冷却される。冷却工程の制御のため、所定の温度および速度を有する冷却風が複数のフィラメント１０に印加される。冷却風の温度は約１０～５０℃である。フィラメント１０の冷却は、ポリエステル原糸３０の最終物性に影響を与える。

次に、複数のフィラメント１０が集束されてマルチフィラメント２０を形成する。

具体的には、冷却部２４０にて冷却および固化された複数のフィラメント１０が、集束部２５０によって集束されてマルチフィラメント２０を形成する。集束部２５０は、マルチフィラメント２０に油剤を付与することもできる。例えば、マルチフィラメント２０形成段階と油剤付与段階を同時に行うことができる。油剤付与は、ＭＯ（Ｍｅｔｅｒｅｄ Ｏｉｌｉｎｇ）またはＲＯ（Ｒｏｌｌｅｒ Ｏｉｌｉｎｇ）方式により行うことができる。

次に、マルチフィラメント２０が延伸される。

具体的には、集束工程によって形成されたマルチフィラメント２０は、延伸部２６０にて延伸される。延伸部２６０は、第１および第２ゴデットローラ２６１、２６２を含むことができる。

第１ゴデットローラ２６１は、紡糸速度および紡糸ドラフト比（ｄｒａｆｔ ｒａｔｉｏ）を決定するのであり、前記第１ゴデットローラ２６１の速度と、第２ゴデットローラ２６２の速度との比率で、延伸比（ｄｒａｗ ｒａｔｉｏ）が決定される。本発明の他の一実施形態によれば、マルチフィラメント２０は、２～４の延伸比で延伸される。具体的に、延伸比は、２．０～３．５の範囲であり得るのであり、より具体的には３．０～３．５の範囲であり得る。

本発明の他の一実施形態によれば、紡糸速度は５００～４，０００ｍ／ｍｉｎである。ここで、第１ゴデットローラ２６１の速度によって紡糸速度が決定される。本発明の他の一実施形態によれば、第１ゴデットローラ２６１は５００～４，０００ｍ／ｍｉｎの速度で回転することができる。

任意選択的に、延伸されたマルチフィラメント２０の熱処理または熱固定のために、第２ゴデットローラ２６２に加熱手段（図示せず）を提供することができる。第２ゴデットローラ２６２に巻き付けられる回数を調整することにより、マルチフィラメント２０が、第２ゴデットローラ２６２に滞留する時間を調整することができるのであり、これによって、延伸されたマルチフィラメント２０に対する適切な熱処理または熱固定を行うことができる。

図７は、本発明のさらに他の一実施形態により製造されたポリエステルマルチフィラメント２０についての延伸の直前および直後の分子構造に対する概略図である。本発明のさらに他の一実施形態によるマルチフィラメント２０は、図７に示すように、延伸前および延伸後のいずれも、規則的な分子配列を有する。

次に、延伸されたマルチフィラメント２０を巻き取る。具体的には、延伸および熱処理がなされたマルチフィラメント２０が、ワインダー２７０によって巻き取られることによって、ポリエステル原糸３０が完成される。ここで、延伸および熱処理がなされたマルチフィラメント２０を、ポリエステル原糸３０ともいう。

本発明のさらに他の一実施形態は、このような方法で製造された原糸３０を提供する。本発明のさらに他の一実施形態によれば、原糸３０は、例えばポリエステル原糸である。

高強度のポリエステル原糸を製造するために、マルチフィラメント２０の延伸性が向上しなければならない。マルチフィラメントの延伸性向上のために、本発明のさらに他の一実施形態によれば、ノズル部１１５の加熱による熱処理が行われる。具体的には、ノズル部１１５の末端に配置された加熱ユニット１３０によって加熱が行われ、ポリエステルの分子配列が整列された状態で固定されることによって、規則的な分子配列を有するマルチフィラメント２０が形成される。

また、本発明のさらに他の一実施形態によれば、加熱ユニット１３０によってのみノズル部１１５が加熱され、それ以外の熱は遮断されることで、不要な熱によってポリエステル樹脂が分解（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）されることが防止される。これに伴い、フィラメントおよびこれから作られる原糸の物性低下を防止することができる。

このように製造された、本発明のさらに他の一実施形態によるポリエステル原糸３０は、２～５デニールの纎度を有するモノフィラメントを約１００～５００個含むことができ、８．５ｇ／ｄ以上の引張強度を有する。

また、本発明のさらに他の一実施形態によるポリエステル原糸３０は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含み、ＰＥＴ原糸ともいう。

本発明のさらに他の一実施形態は、このようなポリエステル原糸３０を含むタイヤコードを提供する。タイヤコードは、公知の方法で製造することができる。

本発明のさらに他の一実施形態によるタイヤコードは、７．８ｇ／ｄ以上の引張強度を有する。また、本発明のさらに他の一実施形態によれば、タイヤコードは８８％以上の強度維持率を有する。

以下、本発明を下記実施例および比較例に基づいてより詳細に説明する。ただし、下記実施例は本発明の理解を助けるためのものであり、本発明の権利範囲はこれに限定されない。

＜実施例１－４＞ポリエステル原糸の製造
図２の紡糸パック１００を含む図６に示す原糸製造装置２００を用いて、モノフィラメントの繊度が４デニール（ｄ）であり、総繊度が１０００デニール（ｄ）である、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるポリエステル原糸３０を製造した。

具体的には、１．２ｄｌ／ｇの固有粘度を有するＰＥＴチップを溶融して、溶融したポリエステル樹脂を製造し、これを口金１０（Ｌ／Ｄ＝２．１／０．７、吐出ホール数２５０）を通じて紡糸して複数のフィラメント１０を製造した。この際、電熱線からなる加熱ユニット１３０を用いて、口金１０のノズル部１１５を４００～５００℃の温度範囲で加熱して、ノズル部１１５に強い熱が加わるようにした。以降、１７００～２７００ｍｐｍの紡糸速度で、通常の方法で溶融したポリエステル樹脂を紡糸して複数のフィラメント１０を製造し、冷却および集束して未延伸状態のマルチフィラメント２０（未延伸糸）を製造した。このように製造された未延伸マルチフィラメント２０について、ゴデットローラ２６１、２６２を通過させる際に２．００～３．５０の延伸比で延伸し、巻き取ってポリエステル原糸３０（延伸糸）を製造した。実施例１～４によるポリエステル原糸３０を製造する際に適用された、延伸比、加熱ユニット１３０の温度、および、紡糸速度は、表１のとおりである。

＜比較例１－５＞ポリエステル原糸の製造
比較のために、図８に示す紡糸パック１０２を含む原糸の製造装置を使用したことを除いて、実施例１と同様の方法でポリエステル原糸３０を製造し、これを比較例１－３とした。また、図２に示す紡糸パック１００から加熱ユニット１３０を取り外した紡糸パックを含む原糸の製造装置を使用したことを除いては、実施例１と同様の方法でポリエステル原糸３０を製造し、これを比較例４－５とした。比較例１～５による、ポリエステル原糸３０を製造する際に適用される、延伸比、加熱ユニット１３０の温度、および紡糸速度は、表１のとおりである。但し、比較例１、２、４および５の場合、紡糸パックに加熱ユニット１３０が配置されなかった。

糸質の評価は次の通りである。
◎：非常に良好、○：良好、△：普通、Ｘ：原糸製造不能

比較例１の場合、高い延伸比に起因して糸質が非常に不良でることから、原糸の生産が実質的に不可能であった。一方、比較例４および５の場合、加熱ユニット１３０が取り外された図２の紡糸パック１００を使用するのであり、紡糸パックのノズル部１１５が突出しているのであるが、ノズル部１１５に加熱ユニット１３０が配置されないことから、ノズル部１１５の冷却に起因して、原糸製造時の糸質が低下した。その結果、比較例４および５においても、原糸の生産が実質的に不可能であった。

原糸の生産が実質的に不可能な比較例１、４および５を除いて、実施例１－４および比較例２－３で製造したポリエステル原糸の引張強度、中間伸度（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ Ａｔ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｌｏａｄ：ＥＡＳＬ）（ａｔ ４．５ｋｇｆ）、および切断伸度をそれぞれ測定した。

具体的には、ＡＳＴＭ Ｄ８８５の方法にしたがい、インストロンエンジニアリング社（Ｉｎｓｔｒｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐ、Ｃａｎｔｏｎ、Ｍａｓｓ）の万能引張試験機を用いて、ポリエステル原糸の引張強度（ｇ／ｄ）、４．５ｋｇｆの荷重での中間伸度（％）および切断伸度（％）をそれぞれ測定した。その結果は、下記表２のとおりである。

表２において括弧「（）」内の結果は、加熱ユニット１３０によるノズル部１１５の加熱が始まってから１２時間の経過後に、製造された原糸に対して測定した値を示す。

表１および表２を参照すると、本発明の実施例により製造されたマルチフィラメント２０は３．５０の高延伸比で延伸されて、優れた引張強度を有する原糸が提供される（実施例１および３）。

また、２．０の低い延伸比を有する実施例２、実施例４および比較例２において、引張強度、中間伸度および切断伸度の差は大きくなかった。したがって、本発明の実施例により低い延伸比で製造されたマルチフィラメント２０は、少なくとも、比較例によるマルチフィラメント２０の程度の物性、またはそれ以上の物性を有し得ることを確認することができた。

１，７００ｍｐｍの紡糸速度下で３．５の比較的高い延伸比が適用される実施例１、実施例３、比較例１、比較例３および比較例５を相互に比較すると、加熱ユニット１３０が取り除かれた状態で紡糸工程が行われた比較例１および５の場合、生産が不可能な程にポリエステル原糸の糸質が不良であった。反面、実施例１、３および比較例３の場合、フィラメントの延伸性が向上して、３．５の比較的高い延伸比を適用しても、原糸製造が可能であった。このように製造されたポリエステル原糸は８．５ｇ／ｄ以上の高い引張強度を有する。

延伸比の調整により、ポリエステル原糸の引張強度を１０ｇ／ｄの水準に向上させるためには、一般に３．０以上の延伸比が必要であることが知られている。本発明の実施例によれば、糸質の低下なしに、３．０以上の延伸比で延伸可能なフィラメントおよびマルチフィラメントが製造されうることを確認することができた。

一方、比較例３、および括弧「（）」内に表示された、ノズル部１１５の加熱後、１２時間後の測定値を参照すると、加熱ユニット１３０によってノズル部１１５が１２時間以上加熱される場合、加熱ユニット１３０の熱が口金１１０、パックボディ１６０および紡糸ブロック１７０に転移して、紡糸パック１００の温度が全体的に上昇することになる。このような温度上昇によりポリエステル樹脂の物性低下が発生して、ポリエステル原糸の引張強度は低下し、中間伸度および切断伸度は増加するという現象が発生する。また、加熱ユニット１３０から発生した熱が、口金１１０、パックボディ１６０および紡糸ブロック１７０に転移する場合、紡糸パック１００を含む原糸の製造装置が劣化して、一定時間以上原糸の製造装置を使用できないという問題が発生する。比較例３の初期測定値（括弧外の値）と１２時間後に生産された原糸に対する測定値（括弧内の値）とを比較すると、原糸物性に変化があることが分かった。このように比較例３による場合、原糸製造にあたり再現性が低下する。

一般に、原糸の製造装置の作動が開始すると、短くて数日間、長くて数週間または数ヶ月間原糸の製造装置が作動する。このとき、加熱ユニット１３０も一緒に稼動するが、加熱ユニット１３０から発生した熱が変数となり、紡糸パック１００の温度制御が容易でなくなり、原糸製造にあたり再現性が低下する。

反面、本発明の一実施形態によれば、ノズル部１１５が突出しており、加熱ユニット１３０がノズル部１１５のみを加熱し、紡糸パック１００の他の部分には熱の影響を与えないため、紡糸パック１００の温度制御が容易で、原糸製造にあたり再現性に優れている。

＜実施例５－８および比較例６－７＞：タイヤコードの製造
実施例１－４および比較例２－３で製造されたポリエステル原糸をそれぞれ用いて、同様の方法で同じ条件下で、それぞれ実施例５－８および比較例６－７のタイヤコードを製造した。

具体的には、ポリエステル原糸を用いて４６０ＴＰＭの撚り数を有する下撚り糸（Ｚ－方向）２本を準備した後、該２本の下撚り糸を４６０ＴＰＭの撚り数と一緒に上撚り（Ｓ－方向）して合撚糸を製造した。このように製造された合撚糸を、レゾルシノール－ホルムアルデヒド－ラテックス（ＲＦＬ）接着剤溶液を通過させた後、乾燥および熱処理することによってタイヤコードを完成した。

実施例５－８および比較例６－７のタイヤコードの強度、４．５ｋｇｆ荷重での中間伸度、切断伸度、乾熱収縮率、および強度維持率を下記の方法によってそれぞれ測定および算出した。

＜タイヤコードの引張強度、４．５ｋｇｆ荷重での中間伸度、および切断伸度＞
ＡＳＴＭ Ｄ８８５方法により、インストロンエンジニアリング社の万能引張試験機を用いて、タイヤコードの引張強度（ｇ／ｄ）、４．５ｋｇｆ荷重での中間伸度（％）および切断伸度（％）を測定した。

＜タイヤコードの乾熱収縮率＞
ＡＳＴＭ Ｄ４９７４－０４方法により、乾熱収縮率測定装備（製造会社：ＴＥＳＴＲＩＴＥ社、モデル名：ＭＫ－Ｖ）を用いて、０．２ｇ／ｄの荷重が印加された状態でサンプルの最初長さＬ１および、１８０℃で０．２ｇ／ｄの荷重が印加された状態で２分経過後、サンプルの長さＬ２をそれぞれ測定した後、下記式によってポリエステル原糸の乾熱収縮率（％）を算出した。

乾熱収縮率（％）＝［（Ｌ１－Ｌ２）／Ｌ１］×１００

＜タイヤコードの強力保持率＞
強力保持率は、原糸の強度に対するタイヤコードの強度により計算される。すなわち、強力保持率は下記式で計算される。

強力保持率（％）＝［タイヤコードの強度（ｇ／ｄ）／原糸の強度（ｇ／ｄ）］×１００

前記測定結果は下記表３のとおりである。

表３において括弧「（）」内の結果は、加熱ユニット１３０によるノズル部１１５の加熱が始まってから１２時間経過後に製造された原糸を用いて製造されたタイヤコードに対する測定値を示す。

表３を参照すると、本発明の実施例により製造されたポリエステル原糸（実施例１－４）からなるタイヤコード（実施例５－８）は、優れた強度、中間伸度、切断伸度、乾熱収縮率および強力保持率を有する。

特に、本発明の実施例により製造されたポリエステル原糸（実施例１－４）で製造されたタイヤコード（実施例５－８）は８８％以上の強度保持率を有する。

一方、比較例７を参照すると、加熱ユニット１３０によってノズル部１１５が１２時間以上加熱された後、製造されたポリエステル原糸を用いて作られたタイヤコード（括弧内の値）は、初期に製造された原糸を用いて製造されたタイヤコード（括弧外の値）に比べて低い引張強度と乾熱収縮率を有し、高い切断伸度と強力保持率を有することが確認された。このように、比較例５を参照すると、原糸が製造された時間に応じてタイヤコードの物性に変化が生じるため、タイヤコードの再現性に優れていない。

１００：紡糸パック
１１０：口金
１１２：第２面
１１５：ノズル部
１２０：吐出ホール
１３０：加熱ユニット
１４０：掃流板
１５０：分配板
１６０：パックボディ
１７０：紡糸ブロック
１８０：ヒーター
１９０：貯蔵空間
２００：原糸製造装置
２１０：押出機
２４０：冷却部
２５０：集束部
２６０：延伸部
２６１：第１ゴデットローラ
２６２：第２ゴデットローラ
２７０：ワインダー

Claims (13)

1. ノズル部を有する口金；
   前記ノズル部を加熱する加熱ユニット；
   前記口金の少なくとも一部を包み込むパックボディ；および
   前記パックボディを包み込む紡糸ブロック；を含み、
   前記口金は、前記紡糸ブロックの少なくとも一面と対向して貯蔵空間の範囲を画する第１面、および、前記第１面と対向する第２面を有し、
   前記ノズル部は、複数の吐出ホールを有し、前記第２面から突出しており、
   前記加熱ユニットは、前記口金の第２面と前記ノズル部の末端部との間で、前記突出したノズル部の少なくとも一部を取り囲む形態で前記ノズル部の外側に配置される、紡糸パック。
2. 前記加熱ユニットは、前記第２面と接触するか、または前記第２面から２０ｍｍ以下の間隔で前記第２面と離隔した、請求項１に記載の紡糸パック。
3. 前記加熱ユニットは電熱線を含む、請求項１に記載の紡糸パック。
4. 前記加熱ユニットは４００～６００℃の温度で前記ノズル部を加熱する、請求項１に記載の紡糸パック。
5. 前記紡糸ブロックに配置されるヒーターをさらに含む、請求項１に記載の紡糸パック。
6. 溶融した樹脂を吐き出すためのノズル部を有する口金；
   前記ノズル部を加熱する加熱ユニット；
   前記口金の前記ノズル部側に配置され、前記溶融した樹脂が前記ノズル部から吐出されて形成される複数のフィラメントを冷却するための冷却部；を含み、
   前記口金は、第１面、および、前記第１面と対向する第２面を有し、前記第２面は前記冷却部を向いており、
   前記ノズル部は複数の吐出ホールを有し、前記第２面から突出しており、
   前記加熱ユニットは、前記口金の第２面と前記ノズル部の末端部との間で、前記突出したノズル部の少なくとも一部を取り囲む形態で前記ノズル部の外側に配置される、原糸の製造装置。
7. 前記冷却された複数のフィラメントを集束してマルチフィラメントを形成する集束部；
   前記マルチフィラメントを延伸する延伸部；および
   前記延伸されたマルチフィラメントを巻き取るワインダー；をさらに含む、請求項６に記載の原糸の製造装置。
8. 紡糸パックを用いて溶融した樹脂を吐き出して、複数のフィラメントを形成する段階と；
   冷却部を用いて前記複数のフィラメントを冷却する段階と；
   前記複数のフィラメントを集束してマルチフィラメントを形成する段階と；
   前記マルチフィラメントを延伸する段階と；
   前記延伸されたマルチフィラメントを巻き取る段階と；を含み、
   前記紡糸パックは、
   ノズル部を有する口金；
   前記ノズル部を加熱する加熱ユニット；
   前記口金の少なくとも一部を包み込むパックボディ；および
   前記パックボディを包み込む紡糸ブロック；を含み、
   前記口金は、前記紡糸ブロックの少なくとも一面と対向して、溶融した樹脂の貯蔵空間の範囲を画する第１面、および、前記第１面と対向する第２面を有し、
   前記ノズル部は複数の吐出ホールを有し、前記第２面から突出しており、
   前記加熱ユニットは、前記口金の第２面と前記ノズル部の末端部との間で、前記突出したノズル部の少なくとも一部を取り囲む形態で前記ノズル部の外側に配置される、原糸の製造方法。
9. 前記加熱ユニットは、４００～６００℃の温度で前記ノズル部を加熱する、請求項８に記載の原糸の製造方法。
10. 前記溶融した樹脂は５００～４，０００ｍ／ｍｉｎの速度で紡糸される、請求項８に記載の原糸の製造方法。
11. 前記マルチフィラメントは２～４の延伸比で延伸される、請求項８に記載の原糸の製造方法。
12. 前記溶融した樹脂はポリエステル樹脂を含み、
    前記原糸はポリエステル原糸である、請求項８に記載の原糸の製造方法。
13. 前記原糸は、８．５ｇ／ｄ以上の引張強度を有する、請求項８に記載の原糸の製造方法。

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