JPH02289115A - Polyester fiber having high toughness and production thereof - Google Patents

Polyester fiber having high toughness and production thereof

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JPH02289115A
JPH02289115A JP10647689A JP10647689A JPH02289115A JP H02289115 A JPH02289115 A JP H02289115A JP 10647689 A JP10647689 A JP 10647689A JP 10647689 A JP10647689 A JP 10647689A JP H02289115 A JPH02289115 A JP H02289115A
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polyester fiber
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fibers
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喜彦 寺本
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject fiber having high strength and high toughness and suitable for industrial materials by melt-spinning polyethylene terephthalate to obtain an undrawn filament having low orientation and specific physical properties and subjecting the filament to a specific treatment. CONSTITUTION:An undrawn filament having low orientation, an intrinsic viscosity of >=0.9 and a birefringence of 0.001-0.006 is produced by the melt-spinning of polyethylene terephthalate. The undrawn filament is drawn >=3.8 times under heating and then drawn 1.07-1.35 times at 280-450 deg.C. Subsequently, the drawn yarn is passed through a hot roll of 215-280 deg.C and wound at a relaxation ratio of 1-15% to obtain the objective fiber composed mainly of ethylene terephthalate unit and having a tenacity of >=10g/d, an elongation at break of >=15%, an initial modulus M0 of <=140g/d and a ratio (M8/M0) of >=0.4 wherein M8 is modulus at a stress of 8g/d.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はベルト用補強材、タイヤコード、ローブ等の産
業責材用途に適するポリエステル繊維およびその製造方
法に関し、特に強度および切断伸度がいずれも高い値を
示す高タフネスポリエステル繊維およびその様な繊維を
製造する為の方法に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a polyester fiber suitable for industrial use as belt reinforcing materials, tire cords, robes, etc., and a method for producing the same. The present invention relates to high toughness polyester fibers exhibiting high toughness values and methods for producing such fibers.

[従来の技術] ポリエステル繊維は、ナイロンと同程度の強度およびレ
ーヨンと同程度の初期弾性率を併有し、他の繊維素材に
比べて物性のバランスが優れていることから、産業資材
用として広く利用されている。特に産業資材用としては
、高強度のポリエステル繊維が好ましいとされており、
近年ベルト用補強材、タイヤコード、ローブ等の用途で
広く使用される様になっている。
[Prior art] Polyester fiber has strength comparable to nylon and initial elastic modulus comparable to rayon, and has a better balance of physical properties than other fiber materials, so it is used as an industrial material. Widely used. High-strength polyester fibers are particularly preferred for industrial materials.
In recent years, it has come to be widely used for belt reinforcing materials, tire cords, lobes, etc.

〔発明が解決しようとする課題] 高強度ポリエステル繊維の製造方法としては、例えば特
公昭41−7891号には高分子量のポリエチレンテレ
フタレートを用いる技術が提案されている。しかしなが
らこの技術は、高分子量のポリエチレンテレフタレート
を単に高倍率で延伸するだけのものであることから、延
伸倍率を高くして強度を高くすればするほど、産業用資
材として要求されるもう1つの要件である切断伸度が低
くなるという欠点を有している。
[Problems to be Solved by the Invention] As a method for producing high-strength polyester fibers, for example, Japanese Patent Publication No. 41-7891 proposes a technique using high molecular weight polyethylene terephthalate. However, this technology simply stretches high-molecular-weight polyethylene terephthalate at a high magnification, so the higher the stretching magnification and the higher the strength, the higher the strength, which is another requirement for industrial materials. It has the disadvantage that the cutting elongation is low.

一方切断伸度の高い(即ち高タフネスな)ポリエステル
繊維を製造する技術としては例えば特公昭58−515
24号や特開昭62−69842号等の技術がt是案さ
れている。しかしながら特公昭58−51524に開示
された技術では、切断伸度において24.6%という高
い値を示すポリエステル繊維が得られているものの、強
度の点では7.8g/d以下のものしか得られておらず
、この程度の強度では産業資材用として必要とされる特
性を満足しているとは言えない。また特開昭62−69
842号に開示された技術は、弛緩熱処理によって高伸
度を得ようとするものであり、2次降伏点を適切にコン
トロールする技術であるが、この技術においても2次降
伏点における伸度から切断伸度に至るまでの応力増大が
見込めず、実質的に高強度のものが得られていない。
On the other hand, as a technique for producing polyester fibers with high cutting elongation (that is, high toughness), for example,
24 and Japanese Patent Laid-Open No. 62-69842, etc., have been proposed. However, with the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-51524, polyester fibers with a high breaking elongation of 24.6% were obtained, but in terms of strength, only 7.8 g/d or less could be obtained. Therefore, it cannot be said that this level of strength satisfies the characteristics required for industrial materials. Also, JP-A-62-69
The technology disclosed in No. 842 attempts to obtain high elongation through relaxation heat treatment, and is a technology that appropriately controls the secondary yield point. No increase in stress is expected until the cutting elongation is reached, and a product with substantially high strength has not been obtained.

この様にポリエステル繊維の強度と切断伸度は相反する
特性であり、その両者の特性を同時に満足するポリエス
テル繊維の開発が望まれている。
As described above, the strength and elongation at break of polyester fibers are contradictory properties, and it is desired to develop polyester fibers that simultaneously satisfy both properties.

本発明はこうした技術的課題を解決する為になされたも
のであって、その目的は、高い強度を有し且つ高タフネ
スな、産業資材用として最適なポリエステル繊維および
その製造方法を提供する点にある。
The present invention was made to solve these technical problems, and its purpose is to provide a polyester fiber that has high strength and toughness and is optimal for use as an industrial material, and a method for producing the same. be.

[課題を解決する為の手段〕 上記目的を達成し得た本発明の高タフネスポリエステル
繊維とは、エチレンテレフタレートを主成分とし、下記
(a)〜(d)の要件を満足するものである。
[Means for Solving the Problems] The high toughness polyester fiber of the present invention that achieves the above object contains ethylene terephthalate as a main component and satisfies the following requirements (a) to (d).

(a)強度≧to、og/d (b)切断伸度≧15% (C)初期モジュラス(Mo)≦140g/d(d) 
8g/d応力点でのモジュラス(M、)と初期モジュラ
ス(Mo)の比(M a/M o)≧0.4また上記の
様な高タフネスポリエステル繊維は、ポリエチレンテレ
フタレートを溶融紡糸して極限粘度数;0.9以上、複
屈折率: 0.001〜0.006の低配向未延伸フィ
ラメントを得、該フィラメントを加熱下に3.8倍以上
に延伸した後、280〜450℃の温度で1.07〜1
.35倍に延伸し、引続!e2ts〜280℃の加熱ロ
ールを通して1〜15%の弛緩率で捲取ることによって
製造することができる。
(a) Strength≧to, og/d (b) Cutting elongation≧15% (C) Initial modulus (Mo)≦140g/d (d)
The ratio of the modulus (M, ) at the stress point of 8 g/d to the initial modulus (Mo) (M a / Mo) ≧ 0.4 In addition, high toughness polyester fibers such as those described above can be obtained by melt-spinning polyethylene terephthalate to obtain the ultimate Obtain a low-oriented undrawn filament with a viscosity number of 0.9 or more and a birefringence index of 0.001 to 0.006, and after stretching the filament to 3.8 times or more while heating, the filament is heated at a temperature of 280 to 450°C. 1.07~1
.. Stretched to 35 times and continued! It can be produced by rolling it through heated rolls at e2ts to 280°C with a relaxation rate of 1 to 15%.

[作用] 本発明は上述の如く構成されるが、要するにポリエチレ
ンテレフタレートを溶融紡糸して所定の極限粘度指数お
よび複屈折率を示す低配向未延伸フィラメントを得、こ
のフィラメントに対して2回の延伸処理を施した後第1
回の弛&l処理を施せば希望する特性を有する高タフネ
スポリエステル繊維が製造できることを見出し、本発明
を完成した。
[Function] The present invention is constructed as described above, but in short, polyethylene terephthalate is melt-spun to obtain a low-oriented undrawn filament exhibiting a predetermined intrinsic viscosity index and birefringence, and this filament is stretched twice. 1st after treatment
It was discovered that high toughness polyester fibers having desired properties could be produced by subjecting the fibers to a double relaxation treatment, and the present invention was completed.

本発明で用いる重合体は、エチレンテレフタレートを主
成分とするものであるが、これはポリエチレンテレフタ
レートが少なくとも90%以上、好ましくは95%を含
んだ重合体の意味である。即ち本発明に係る高タフネス
ポリエステル繊維は、タイヤコード用としての特性を具
備することを想定したものであるが、その特性を満足す
る為には後述する様に高温での熱処理工程を必要とする
ものであり、この工程における共重合による融点降下を
防ぐ為には共重合単位は少なくとも10%未満、好まし
くは5%未満に抑える必要がある。尚ポリエステルの共
重合単位は、酸成分として例えばイソフタル酸、ナフタ
レンジヵルボン酸、アジピン酸、オキシ安息香酸等が挙
げられ、グリコール成分として例えばジエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、トリメリット酸、ペンタ
エリスリトール等が挙げられるが、これらの例に限定さ
れるものではない。また本発明に係るポリエステル繊維
には、安定剤や着色剤等の添加剤を含み得ることは勿論
である。
The polymer used in the present invention has ethylene terephthalate as its main component, which means a polymer containing at least 90%, preferably 95%, of polyethylene terephthalate. That is, the high toughness polyester fiber according to the present invention is intended to have properties for use in tire cords, but in order to satisfy those properties, it requires a heat treatment process at a high temperature as described below. In order to prevent a decrease in the melting point due to copolymerization in this step, it is necessary to suppress the copolymerized units to at least less than 10%, preferably less than 5%. In the copolymerized unit of polyester, acid components include isophthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, adipic acid, oxybenzoic acid, etc., and glycol components include diethylene glycol, propylene glycol, trimellitic acid, pentaerythritol, etc. However, it is not limited to these examples. Moreover, it goes without saying that the polyester fiber according to the present invention may contain additives such as stabilizers and colorants.

本発明に係るポリエステル繊維の前記各要件(a)〜(
d)を満足するものであるが、その設定値の限定理由は
次の通りである。
Each of the requirements (a) to (a) of the polyester fiber according to the present invention
d) is satisfied, but the reason for limiting the setting value is as follows.

(a)強度≧lO,Og/d 近年バイテクノロジー化の流れの中にあって、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10.0g/dは必要である。
(a) Strength≧lO, Og/d Considering the quality level required for structural materials in the recent trend of biotechnology, the strength must be at least 10.0 g/d.

(b)切断伸度≧15% ポリエステル繊維を構造材として利用するには、その切
断伸度は15%以上である必要がある。即ちポリエステ
ル繊維の強度が10.0g/d以上であっても切断伸度
が15%未満の場合には、負荷のエネルギー吸収量が充
分とは言えない。
(b) Cutting elongation ≧15% In order to use polyester fiber as a structural material, its cutting elongation must be 15% or more. That is, even if the strength of the polyester fiber is 10.0 g/d or more, if the elongation at break is less than 15%, the energy absorption amount of the load cannot be said to be sufficient.

(c)初期モジュラス(Mo)≦140 g/d構造材
の変形が小さいとぎに大きな変形抵抗を生じる繊維では
、繊維に対して大きな仕事負荷を与えてしまうことにな
るので、微小変形であっても繊維が受けるダメージが大
きくなり、容易に疲労してしまう、従ってこの様な繊維
では、本来その効果を発揮すべき高変形領域において、
十分なエネルギー吸収量を確保できない。こうしたこと
から、かかる用途に適した繊維には、応力−歪特性にお
ける初期モジュラス(Mo:第1図中のラインAの勾配
で示される)が140 g/d以下である必要がある。
(c) Initial modulus (Mo)≦140 g/dFor fibers that produce large deformation resistance when the deformation of the structural material is small, a large work load will be applied to the fibers. However, in the high deformation region where such fibers should be effective,
Inability to secure sufficient energy absorption. For these reasons, fibers suitable for such uses must have an initial modulus (Mo: indicated by the slope of line A in FIG. 1) of stress-strain characteristics of 140 g/d or less.

尚初期モジュラスM0の好ましい範囲は、130 g/
d以下である。
The preferred range of the initial modulus M0 is 130 g/
d or less.

(d) 8 g/d応力点でのモジュラス(Mo)と初
期モジュラス(Mo)の比(M a/ M o)≧0.
4高荷重下で利用する繊維としては、高い応力下におい
ても引張抵抗が大きいものが優れている。
(d) Ratio of modulus (Mo) at 8 g/d stress point to initial modulus (Mo) (M a/Mo)≧0.
4. Fibers that can be used under high loads are best if they have a high tensile resistance even under high stress.

本発明のポリエステル繊維は、引張試験(変形速度=1
00%win−’)の応力が歪曲線において、8g/d
応力点でのモジュラス(Mo:第1図中のラインBの勾
配)が十分に高いという特徴を有する。
The polyester fiber of the present invention was tested in a tensile test (deformation rate = 1
00%win-') stress is 8g/d in the strain curve.
It has a characteristic that the modulus (Mo: slope of line B in FIG. 1) at the stress point is sufficiently high.

即ち、本発明のポリエステル繊維では、8 g/d応力
点でのモジュラスM8と初期モジュラスM0の比(Ma
/Mo)が0.4以上のものが得られる。尚上記の比<
 M 11/M O)について、より好ましい値は0.
6以上であり、更に好ましくは0.7以上である。
That is, in the polyester fiber of the present invention, the ratio of the modulus M8 at the stress point of 8 g/d to the initial modulus M0 (Ma
/Mo) of 0.4 or more can be obtained. Note that the above ratio <
A more preferable value for M 11/M O) is 0.
It is 6 or more, more preferably 0.7 or more.

また8 g/d応力点でのモジュラスM♂の絶対値とし
ては、40 g/d以上であれば実質的に強度を十分高
く設定することができるが、より好ましくは50 g/
d以上、特に好ましいのは60 g/d以上である。
Further, as for the absolute value of the modulus M♂ at the stress point of 8 g/d, if it is 40 g/d or more, the strength can be substantially set sufficiently high, but it is more preferably 50 g/d.
d or more, particularly preferably 60 g/d or more.

一方高応力下で大変形を受ける際のエネルギー吸収を確
実に達成するという観点からしても、上記モジュラスM
6は50 g/d以上であることが好ましい。モジュラ
ス M!、が50 g/d未満では、中間的な伸度例え
ば破断伸度の%におけるモジュラス(第1図のラインC
の勾配)と差がなくなってしまい、変形をくい止める作
用が十分発揮されない。
On the other hand, from the viewpoint of reliably achieving energy absorption when undergoing large deformation under high stress, the above modulus M
6 is preferably 50 g/d or more. Modulus M! , is less than 50 g/d, the modulus at intermediate elongation, e.g. % of elongation at break (line C in Figure 1)
(gradient), and the effect of preventing deformation is not sufficiently exerted.

ところで高応力下でのモジュラスが高い繊維では、歪が
小さい低伸度域で応力を受持つ分子鎖の割合と、歪が大
きい高伸度域で応力を受持つ分子、鎖の割合等を考慮す
ると、低伸度域で応力を受持つ分子鎖が少ない構造のも
のが適している。こうした観点からすれば(M a/M
o)比が高い繊維を得る為には、繊維表面の配向度を繊
維中心の配向度に比べて低くすればよいと思われる。ま
た配向度は複屈折率を基準として表わされることから上
記考案は繊維表面の複屈折率よりも繊維中心の複屈折率
が大きいことが好ましいことを示している。
By the way, for fibers with high modulus under high stress, consider the proportion of molecular chains that bear stress in the low elongation range where strain is small, and the proportion of molecules and chains that bear stress in the high elongation area where strain is large. Therefore, a structure with fewer molecular chains that bear stress in the low elongation region is suitable. From this perspective (M a/M
o) In order to obtain fibers with a high ratio, it seems that the degree of orientation on the fiber surface should be lower than the degree of orientation at the center of the fiber. Furthermore, since the degree of orientation is expressed based on the birefringence index, the above idea indicates that it is preferable that the birefringence index at the center of the fiber is larger than the birefringence index at the fiber surface.

即ち(繊維表面の複屈折率)−(ia維中心の複屈折率
)で示される複屈折率の差Δn0がO以下であることが
好ましい、尚より好ましい値は、差Δn0≦−IXIO
−3である。
That is, it is preferable that the difference Δn0 in the birefringence expressed as (birefringence of the fiber surface)−(birefringence of the center of the ia fiber) is less than or equal to O, and a more preferable value is the difference Δn0≦−IXIO
-3.

この様に繊維断面における外層部の分子鎖配向を、中心
部の分子鎖配向に対して低く抑えてやることによって、
体積分率の大きい外層部の分子鎖が高伸度域で応力を受
持つことができるのである。
In this way, by suppressing the molecular chain orientation in the outer layer in the fiber cross section to be lower than the molecular chain orientation in the center,
The molecular chains in the outer layer, which have a large volume fraction, can bear stress in the high elongation range.

この様に高い切断伸度を有し且つ高応力下における高い
弾性率を示す繊維は、構造材として利用した場合にエネ
ルギー吸収の増加率が緩やかであり、また全エネルギー
吸収量が大きい特徴を有し、高い安全性が得られる。こ
の様な繊維は、例えばシートベルト等に用いた場合、人
体への安全性の確保に極めて有効である。
Fibers that have such high breaking elongation and high elastic modulus under high stress have the characteristics that when used as structural materials, the rate of increase in energy absorption is gradual and the total amount of energy absorption is large. and high safety can be obtained. Such fibers are extremely effective in ensuring safety for the human body when used, for example, in seat belts.

次に上記の様な特性を有するポリエステル繊維の製造方
法について説明する。
Next, a method for producing polyester fibers having the above characteristics will be explained.

本発明では、まずポリエチレンテレフタレートを溶融紡
糸して極限粘度数二0.9以上、複屈折率+ 0.00
1〜0.006の低配向未延伸フィラメントとする必要
がある。
In the present invention, first, polyethylene terephthalate is melt-spun to obtain an intrinsic viscosity of 20.9 or more and a birefringence of +0.00.
It is necessary to use low orientation undrawn filaments of 1 to 0.006.

ここで上記極限粘度数を0.9以上としたのは、産業用
資材として最少低限要求される強度を考慮した為である
。尚極限粘度指数の好ましい値は0.95以上である。
The reason why the above-mentioned intrinsic viscosity number is set to 0.9 or more is to take into consideration the minimum strength required as an industrial material. The preferable value of the intrinsic viscosity index is 0.95 or more.

また本発明における極限粘度数は、p−クロロフェノー
ル/テトラクロロエチン(3:1)の混合溶媒を用いて
30℃で測定したときの値である。
Further, the intrinsic viscosity in the present invention is a value measured at 30° C. using a mixed solvent of p-chlorophenol/tetrachloroethine (3:1).

本発明では後述する様に、高強度を得る為には第1回目
の延伸は高温下で高倍率で行なう必要がある。この様に
第1回目の延伸における延伸倍率を上げる為には紡糸工
程での分子鎖配向をできるだけ抑える必要がある。こう
した観点からして未延伸フィラメントの複屈折率は0.
006以下とする必要がある。但し、未延伸フィラメン
トの複屈折率が0.001未満では、安定した紡糸が難
しく、長平方向に斑の少ない未延伸糸を得ることができ
ず、延伸工程での単糸切れ等のトラブルにつながる。
In the present invention, as will be described later, in order to obtain high strength, it is necessary to perform the first stretching at a high temperature and at a high magnification. In this way, in order to increase the stretching ratio in the first stretching, it is necessary to suppress the molecular chain orientation in the spinning process as much as possible. From this point of view, the birefringence of undrawn filaments is 0.
It needs to be 006 or less. However, if the birefringence index of the undrawn filament is less than 0.001, stable spinning is difficult and it is not possible to obtain an undrawn yarn with few irregularities in the longitudinal direction, leading to problems such as single filament breakage in the drawing process. .

本発明の繊維を得るには、まず第1回目の延伸を高温下
に高倍率で行なう必要がある。このときの温度は例えば
250〜370℃程度である。この様な温度範囲での延
伸において延伸倍率を低く押えると10.0g/d以上
の高強度糸を得ることができないから、例えば加熱蒸気
雰囲気中で3.8倍以上に延伸する必要がある。尚この
ときの延伸倍率の好ましい範囲は、5.0倍以上である
In order to obtain the fiber of the present invention, it is first necessary to carry out the first drawing at high temperature and high magnification. The temperature at this time is, for example, about 250 to 370°C. If the stretching ratio is kept low during stretching in such a temperature range, a high-strength yarn of 10.0 g/d or more cannot be obtained, so it is necessary to stretch the yarn to 3.8 times or more in a heated steam atmosphere, for example. The preferable range of the stretching ratio at this time is 5.0 times or more.

一方2回目の延伸は高タフネスの繊維を得る為に必須の
工程である。この延伸では、糸断面の外層部の温度がポ
リマー融点近傍の温度に達してから(中心部の温度が十
分に上った状態で)変形を生じる様に延伸を行なう必要
がある。即ち、糸断面内の温度分布において、糸外層部
の温度が融点近傍に達する時点で延伸を行なう様に、ヒ
ーターの加熱能力および延伸倍率を制御する必要がある
。高すぎる延伸倍率では、系中6部の温度が十分に上が
る前に延伸されてしまい強度は高くできるものの、初期
弾性率が上がりすぎ、高タフネスのポリエステル繊維を
得ることができない、また延伸倍率が低すぎると、糸内
部の配向が進まず、高強度糸を得ることができない、こ
の様な観点から本発明では、2回目の延伸倍率を1.0
7〜1.35倍に設定した。またこの様なところから、
延伸温度は比較的高く設定する必要があり、その範囲は
280〜450℃である。
On the other hand, the second drawing is an essential step in order to obtain fibers with high toughness. In this drawing, it is necessary to carry out the drawing so that deformation occurs after the temperature of the outer layer of the yarn cross section reaches a temperature near the melting point of the polymer (while the temperature of the center has risen sufficiently). That is, it is necessary to control the heating capacity of the heater and the stretching ratio so that the stretching is performed when the temperature of the outer layer of the yarn reaches near the melting point in the temperature distribution within the cross section of the yarn. If the stretching ratio is too high, the stretching will occur before the temperature of the 6 parts in the system rises sufficiently, and although the strength can be increased, the initial elastic modulus will increase too much, making it impossible to obtain a polyester fiber with high toughness. If it is too low, the internal orientation of the yarn will not progress and a high strength yarn cannot be obtained.From this viewpoint, in the present invention, the second stretching ratio is set to 1.0.
It was set at 7 to 1.35 times. Also, from a place like this,
The stretching temperature needs to be set relatively high, and its range is from 280 to 450°C.

上述の様な2回目の延伸工程を行なうのは、高タフネス
の繊維を得る為にフィラメントの表層部の分子鎖の配向
を低下させても本来の強度を確保で籾ることを見出した
ことによるものである。尚延伸を2段階に分けて行なう
こと自体は、これまでも行なわれてきたが、従来の2回
目の延伸では延伸張力をできるだけ高くして高温下で最
大限に延伸するものであり、加熱条件は系全体の温時上
昇をできるだけ早くすることができるものが望ましいと
されていた。従って、従来法で延伸倍率を低下させるだ
けでは、系全体の配向を低下させることになり、その分
強度が低下するだけである。
The reason for performing the second drawing process as described above is because we discovered that in order to obtain fibers with high toughness, it is possible to reduce the orientation of the molecular chains in the surface layer of the filament while maintaining its original strength. It is something. Although stretching has been carried out in two stages, the conventional method is to increase the stretching tension as much as possible in the second stage to achieve maximum stretching at high temperatures. It was considered desirable to be able to raise the temperature of the entire system as quickly as possible. Therefore, simply lowering the draw ratio using the conventional method will only lower the orientation of the entire system, and the strength will decrease accordingly.

本発明に係る製造方法では、最終的に弛緩熱処理を施す
ものであるが、これは具体的には前記特開昭62−69
842号と同様の趣旨で高伸度を得る為に行なうもので
ある。但し、本発明では上述の2回の延伸処理によって
希望する強度を確保しているのである。
In the manufacturing method according to the present invention, relaxation heat treatment is finally performed, which is specifically described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. 62-69.
This is done in the same way as No. 842 to obtain high elongation. However, in the present invention, the desired strength is ensured by the above-mentioned two-time stretching process.

この弛緩熱処理では、ヤーンの寸法安定性という点を考
慮すれば、215〜280℃の加熱ロールを通す必要が
ある。また弛緩率は1〜15%の範囲とする必要がある
。弛緩率が1%未満であると、ボビンの捲締め等のトラ
ブルが発生し易く、15%を超えると弛緩が進み強度の
低下が生じるからである。
In this relaxation heat treatment, in consideration of the dimensional stability of the yarn, it is necessary to pass the yarn through heating rolls at 215 to 280°C. Further, the relaxation rate needs to be in the range of 1 to 15%. If the relaxation rate is less than 1%, troubles such as winding of the bobbin are likely to occur, and if it exceeds 15%, relaxation will progress and the strength will decrease.

次に、本発明に係るポリエステル繊維の繊維断面内にお
ける複屈折率Δnの分布の測定法について説明する。
Next, a method for measuring the distribution of birefringence Δn within the fiber cross section of the polyester fiber according to the present invention will be described.

〈繊維断面内における複屈折率Δnの分布の測定法〉 透過定量型干渉顕微鏡を使用して得られる中心屈折率(
n上、O,nH、O)及び外周屈折率(n上、 0.9
 、 n77  、0.9 )の値によって、本発明の
繊維の特異な分子配向が明らかとなり、本発明の繊維の
優れた強度との関連を示すことができる。透過定量型干
渉顕微鏡(例えば東独カールツァイスイエナ社製干渉顕
微鏡インターフアコ)を使用して得られる干渉縞法によ
って、繊維の側面から観察した平均屈折率の分布を測定
することができる。この方法は円形断面を有する繊維に
適用することができる。繊維の屈折率は、繊維の平行方
向に振動している偏光に対する屈折率(n//)と繊維
軸の垂直軸の垂直方向に振動している偏光に対する屈折
率(n上)によって特徴づけられる。
<Method for measuring the distribution of birefringence Δn within the fiber cross section> The central refractive index (
n top, O, nH, O) and peripheral refractive index (n top, 0.9
, n77, 0.9) reveals the unique molecular orientation of the fibers of the invention and can be associated with the superior strength of the fibers of the invention. The distribution of the average refractive index observed from the side of the fiber can be measured by the interference fringe method obtained using a transmission quantitative interference microscope (for example, interference microscope Interfaco manufactured by Carl Zeiss Jena, East Germany). This method can be applied to fibers with a circular cross section. The refractive index of a fiber is characterized by the refractive index (n//) for polarized light vibrating parallel to the fiber and the refractive index (n on) for polarized light vibrating perpendicular to the axis perpendicular to the fiber axis. .

ここに説明する測定は全て光源としてキセノンランプを
用い、偏光下、干渉フィルター波長544n11の緑色
光線を使用して得られる屈折率(n// 及びn上)を
用いて実施される。以下n//  の測定及びn上より
求められるn//、0とn//  * ”について詳細
に説明するが、n上(n上、O,n上、0,0.9)に
試験される繊維は光学的にフラットなスライドグラス及
びカバーグラスを使用し、0.2〜1波長の範囲内の干
渉縞のいずれを与える屈折率(nE)をもつ繊維に対し
て不活性の封入剤中に浸漬する。封入剤の屈折率(n、
)は緑色光線(波長λ−*544ns)を光源としてア
ツベの屈折計を用いて測定した20℃における値である
。この封入剤はたとえば流動ノ\ラフインとα−ブロム
ナフタリンの混合液より1゜48〜1.65の屈折率を
有するものが調製できる。
All the measurements described here are carried out using a xenon lamp as a light source, under polarized light, with the refractive index (n// and above n) obtained using a green light beam with an interference filter wavelength of 544n11. Below, we will explain in detail the measurement of n// and the n//, 0 and n//*'' found from above n. The fibers used are optically flat glass slides and coverslips, and the fibers are placed in an inert mounting medium with a refractive index (nE) that gives interference fringes anywhere from 0.2 to 1 wavelength. The refractive index of the mounting medium (n,
) is the value at 20° C. measured using an Atsube refractometer using green light (wavelength λ-*544 ns) as a light source. This mounting medium can be prepared, for example, from a mixed solution of liquid rough-in and α-bromnaphthalene having a refractive index of 1°48 to 1.65.

この封入剤中に1本の繊維を浸漬する。この干渉縞のパ
ターンを写真撮影し、tooo倍〜2000倍に拡大し
て解析する。
A single fiber is immersed in this mounting medium. This pattern of interference fringes is photographed, magnified 10 to 2000 times, and analyzed.

繊維の封入剤の屈折率をnl、繊維のS。The refractive index of the fiber's encapsulant is nl, and the fiber's S.

S″間の平均屈折率をn//+ s’ −s″間の厚み
をt、使用光線の波長λを、バックグランドの平行干渉
縞の間隔(1λに相当)をDn、繊維による干渉縞のず
れをdnとすると、光路差りはで表わされる。
The average refractive index between S'' is n//+ The thickness between s' and s'' is t, the wavelength λ of the used light beam, the distance between parallel interference fringes in the background (corresponding to 1λ) is Dn, and the interference fringes due to fibers. Letting the deviation of dn be the optical path difference.

試料の屈折率をnlとすると、封入液の屈折率は、ns
 <n(−nl、n3 >ny−nlの2種のものを用
いて干渉縞のパターンを評価する。
If the refractive index of the sample is nl, the refractive index of the filled liquid is ns
The interference fringe pattern is evaluated using two types of <n(-nl, n3>ny-nl).

従って[11式にもとづいて繊維の中心から外周までの
各位置での光路差から、各位置の繊維の平均屈折率(n
 //)の分布を求めることができる。
Therefore, based on [Equation 11], from the optical path difference at each position from the center of the fiber to the outer periphery, the average refractive index of the fiber at each position (n
//) can be found.

厚みtは得られる繊維が円型断面と仮定して計算によっ
て求めることができる。しかしながら製造条件の変動や
製造後のアクシデントによって、円形断面になっていな
い場合も考えられる。このような不都合を除くため、測
定する個所は繊維軸を対称軸として干渉縞のずれが左右
対称になっている部分を使用することが適当である。測
定は繊維の半径をRとすると0〜0.9Rの間を0.I
Rの間隔で行ない、各位置の平均の屈折率を求めること
ができる。同様にしてn上の分布も求められるので複屈
折率分布は Δn(r/R)= n // (r / R) −n上(r/R)−[11
]より求められる。尚Δn(r/R)は少なくとも3本
のフィラメント、好適には5〜10本のフィラメントに
ついて測定したものを平均して用いるのが良い。
The thickness t can be calculated by assuming that the obtained fiber has a circular cross section. However, due to variations in manufacturing conditions or accidents after manufacturing, there may be cases where the cross section is not circular. In order to eliminate this inconvenience, it is appropriate to use a portion to be measured where the displacement of the interference fringes is symmetrical with the fiber axis as the axis of symmetry. When the radius of the fiber is R, the measurement ranges from 0 to 0.9R. I
By performing this at intervals of R, the average refractive index at each position can be determined. Similarly, the distribution on n can be found, so the birefringence distribution is Δn(r/R) = n // (r/R) - on n(r/R) - [11
]. Note that Δn(r/R) is preferably measured on at least three filaments, preferably 5 to 10 filaments, and used as an average value.

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明
の技術的範囲に含まれるものである。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to examples, but the following examples are not intended to limit the present invention.
Any design changes for the purposes described below are included within the technical scope of the present invention.

[実施例] 分子量の異なるポリエチレンテレフタレートを溶融紡糸
し、過熱蒸気ヒーターで2回の延伸処理を引続いて行な
った後、8%の弛緩を与えて壱取った。このときの製造
条件および得られた繊維の物性は第1表に示す。
[Example] Polyethylene terephthalate having different molecular weights were melt-spun, stretched twice in succession using a superheated steam heater, and then relaxed by 8% and taken out. The manufacturing conditions and physical properties of the obtained fibers are shown in Table 1.

第1表から次の様に考察できる。From Table 1, the following can be considered.

まず重合度の影響につき検討すると、極限粘度数0.8
8の条件(No、 1〜3)では延伸倍率をかえても、
強度10.0g/d以上で且つ破断伸度15%である繊
維が得られなかった。これに対し、極限粘度数0.94
.1.01.1.17の繊維(No、4.5.8゜9)
では、強度10.0g/d以上でかつ伸度15%以上の
ものが得られた(第1図参照)。
First, considering the influence of the degree of polymerization, the intrinsic viscosity is 0.8.
In condition 8 (No. 1 to 3), even if the stretching ratio was changed,
A fiber with a strength of 10.0 g/d or more and a breaking elongation of 15% could not be obtained. On the other hand, the intrinsic viscosity number is 0.94
.. 1.01.1.17 fiber (No, 4.5.8°9)
In this case, a material with a strength of 10.0 g/d or more and an elongation of 15% or more was obtained (see Fig. 1).

次に未延伸の複屈折値の影響につき検討すると、未延伸
糸の配向が高い条件(No、 6. 7)では、10.
0g/d以上の強度を得ることができなかった(第1図
参照)。
Next, when considering the influence of the undrawn birefringence value, under the condition that the undrawn yarn has a high orientation (No. 6.7), the birefringence value of the undrawn yarn is 10.
It was not possible to obtain a strength of 0 g/d or more (see Figure 1).

更に、延伸倍率の効果について検討すると、1回目の延
伸倍率が低い条件(No、  to、  11)では、
強度10.0g/d以上で且つ伸度15%以上である繊
維は得られなかった。また、1回目の延伸倍率をやや抑
えて2回目の延伸倍率を高く設定した条件(No、12
)では、(M a/Mo)が0.40以上である繊維は
得られなかった。
Furthermore, when considering the effect of the stretching ratio, under the conditions where the first stretching ratio is low (No, to, 11),
No fibers with a strength of 10.0 g/d or more and an elongation of 15% or more were obtained. In addition, conditions were set in which the first stretch ratio was slightly suppressed and the second stretch ratio was set high (No. 12
), no fibers with (M a/Mo) of 0.40 or more were obtained.

尚No、8 (実施例3)およびNo、12(比較例)
の繊維断面内複屈折分布は、第2図の様になり、第1表
と対比すると、(繊維表面の複屈折率)−(Ia維中心
の複屈折率)≦0の繊維は、比(M 8/M O)が高
くなっているのが分かる。
In addition, No. 8 (Example 3) and No. 12 (Comparative example)
The cross-sectional birefringence distribution of the fiber is as shown in Figure 2, and when compared with Table 1, the fiber with (birefringence of the fiber surface) - (birefringence of the Ia fiber center) ≦0 has a ratio ( It can be seen that M 8 /M O) has become high.

次に、極限粘度数1.3のポリエチレンテレフタレート
を、No、 8 (実施例3)と同じ紡糸条件で溶融紡
糸し直ちに、過熱蒸気ヒーターを用い1回目の温度15
0℃、2回目の温度270℃で2回の延伸を行った。こ
のときの延伸倍率および得られた繊維の物性は第2表に
示す。
Next, polyethylene terephthalate having an intrinsic viscosity of 1.3 was melt-spun under the same spinning conditions as No. 8 (Example 3), and immediately the first temperature was 15 using a superheated steam heater.
Stretching was performed twice at 0° C. and at 270° C. for the second time. The stretching ratio at this time and the physical properties of the obtained fibers are shown in Table 2.

上記各繊維における応力・歪曲線を第1図上に併記する
The stress/strain curves for each of the above fibers are also shown in FIG.

この結果から明らかな様に、本発明の代表的な応力−歪
曲線(ラインB)は、(No、13〜17)に比べて高
伸度域でのモジュラスが高い。
As is clear from this result, the typical stress-strain curve (line B) of the present invention has a higher modulus in the high elongation range than (No. 13 to 17).

またNo、13〜17の1a維の破断点は第1図中の一
点鎖線上にあり、強度10.0g/d以上であり且つ伸
度15%を表す領域(第1図中斜線部で示す)には、到
達していない。
In addition, the breaking points of No. 13 to 17 1a fibers are on the dashed dotted line in Figure 1, and are in the area where the strength is 10.0 g/d or more and the elongation is 15% (shown by the diagonal line in Figure 1). ) has not been reached.

[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、本発明に係るポリ
エステル繊維は高タフネスでありながら従来にない高強
度のものが得られており、且つエネルギー吸収が高応力
下で急増するという特徴を有していることから、耐衝撃
に極めて優れた繊維である。この様な繊維は、大変形が
起こりやすい構造材の補強材として特に有用である。
[Effects of the Invention] The present invention is configured as described above, and the polyester fiber according to the present invention has high toughness and unprecedented high strength, and has excellent energy absorption under high stress. It is a fiber with extremely excellent impact resistance because it has the characteristic of increasing rapidly. Such fibers are particularly useful as reinforcing materials for structural members that are susceptible to large deformations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は伸度と強度の関係(応力・歪の関係)を示すグ
ラフ、第2図は実施例3勿よび比較例(No、1 ある。
Fig. 1 is a graph showing the relationship between elongation and strength (relationship between stress and strain), and Fig. 2 shows Example 3 and Comparative Example (No. 1).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)エチレンテレフタレートを主成分とし、下記(a
)〜(d)の要件を満足することを特徴とする高タフネ
スポリエステル繊維。 (a)強度≧10.0g/d (b)切断伸度≧15% (c)初期モジュラス(M_o)≦140g/d(d)
8g/d応力点でのモジュラス(M_a)と初期モジュ
ラス(M_o)の比(M_a/M_o)≧0.4(2)
M_a≧50g/dである請求項(1)に記載のポリエ
ステル繊維。 (3)(繊維表面の複屈折率)−(繊維中心の複屈折率
)≦0である請求項(1)または(2)に記載のポリエ
ステル繊維。 (4)ポリエチレンテレフタレートを溶融紡糸して極限
粘度数:0.9以上、複屈折率:0.001〜0.00
6の低配向未延伸フィラメントを得、該フィラメントを
加熱下に3.8倍以上に延伸した後、280〜450℃
の温度で1.07〜1.35倍に延伸し、引続き215
〜280℃の加熱ロールを通して1〜15%の弛緩率で
捲取ることによって請求項(1)〜(3)のいずれかに
記載のポリエステル繊維を得ることを特徴とする高タフ
ネスポリエステル繊維の製造方法。
[Scope of Claims] (1) The main component is ethylene terephthalate, and the following (a)
A high toughness polyester fiber characterized by satisfying the requirements of ) to (d). (a) Strength≧10.0g/d (b) Cutting elongation≧15% (c) Initial modulus (M_o)≦140g/d (d)
Ratio of modulus (M_a) at 8g/d stress point and initial modulus (M_o) (M_a/M_o) ≧0.4 (2)
The polyester fiber according to claim 1, wherein M_a≧50 g/d. (3) The polyester fiber according to claim (1) or (2), wherein (birefringence of the fiber surface) - (birefringence of the fiber center)≦0. (4) Polyethylene terephthalate is melt-spun to have an intrinsic viscosity of 0.9 or more and a birefringence of 0.001 to 0.00.
After obtaining a low orientation undrawn filament of No. 6 and drawing the filament 3.8 times or more under heating,
Stretched 1.07 to 1.35 times at a temperature of 215
A method for producing a high toughness polyester fiber, characterized in that the polyester fiber according to any one of claims (1) to (3) is obtained by winding it through a heating roll at ~280°C with a relaxation rate of 1 to 15%. .
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