JPH03199423A - ポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法に関する
ものであり、詳しくは、特に産業資材用途に適した高強
度、高弾性率および熱寸法安定性に優れ、かつゴム中で
高温に曝された時の劣化か改良されたポリエステル繊維
を直接紡糸延伸法によって効率よく製造する方法に関す
るものである。

［従来の技術］ ポリエステル繊維は高強度、高Ｊｌｐ性率の特徴を有す
るため、各種産業資材用途に広く有用されている。例え
ばタイヤコード、伝動用ヘルド、搬送用ベルト等のゴム
補強資材、シートベルト、漁網、安全ネット、０糸、カ
バーシート、カバン地等に用いられている。

しかしながら、最近の産業資材用ポリエステル繊維に求
められる品質レベルは益々高くなっている。例えば、タ
イヤコードの分野では、高速走行安定性、操縦安定性を
改良するために、ポリエステルタイヤコードの高弾性率
化が必要とされ、またタイヤユニフォーミティ、タイヤ
成型収率を向上させるために熱寸法安定性の改良か必要
とされている。

ポリエステル繊維の高弾性率化および熱寸法安定性改良
に関しては、特開昭５３−５８０３１号公報および特開
昭５３−５８０３２号公報による高速紡糸法の利用が提
案されて以来、高速紡糸法をベースにした幾つかの改良
技術が開示されている。例えば特開昭５７−１５４４１
０号公報、および特開昭５８−２３９１４号公報等があ
る。

また、ポリエステル繊維の表面を改質するものとして、
特開昭６１−１９８８０号公報、特開昭６１−４２５４
６号公報、および特開昭６２−２３８８７１号公報が知
られている。

［発明が解決しようとする課題］ 前記、特開昭５３−５８０３１号公報、特開昭５３−５
８０３２号公報、特開昭５７−１５４４１０号公報、特
開昭５８−２３９１４号公報等は、ポリエステル繊維の
弾性率および熱寸法安定性を改善する技術として優れる
ものであり、その内容は、上記公報等により、高速紡糸
法によって比較的高配向の未延伸糸を得て、これを熱延
伸することによって、ポリエステル繊維の高弾性率化お
よび熱寸法安定性を改良するものである。

前記の従来技術の特徴である高速紡糸・熱延伸法によっ
て得られたポリエステル繊維は確かに高弾性率で、かつ
熱寸法安定性は改良されるものの、逆に強度が低下し、
またゴム中で高温の熱履歴を受けた時に、大幅に強力低
下する等の欠点を有していた。ポリエステル繊維のゴム
中耐熱性を改質するものに関しては、ポリエステルの末
端カルボキシル基と反応する末端封鎖剤、例えばエポキ
シ化合物、カルボジイミド化合物、オキサゾリン化合物
等を添加反応させる方法か行なわれている。

しかしながら、より一層の高弾性率化と熱寸法安定性の
改良を達成しようとすると、より高速、例えば紡糸速度
で１５００ｍ／分以上で紡糸し、熱延伸されるが、得ら
れたポリエステル繊維は、著しくゴム中耐熱性が低下し
てしまうという重大な欠点を有していた。

したがって、かかる耐熱性の低いポリエステル繊維は、
特にタイヤコードとして実用的に用いることができなか
った。

また、紡糸速度を高めれば高めるほど強度が低下してし
まうという課題を改良する有効な技術も見出されていな
い。

前記、従来の方法によって得られたポリエステル繊維の
上記課題は、次の理由によって生じるちのと考えられる
。即ち、高速紡糸によって得られる未延伸糸は既に相当
な配向結晶化が進んでいる。このような配向結晶化の進
み始めたポリエステル未延伸糸を延伸しようとした時、
従来から実用的に採用されてきた熱延伸法は確かに分子
鎖の易動性を高め、延伸し易くするように考えられるが
、実際には、延伸に際して同時に配向の進んだ部分の結
晶化を促進するため、むしろ高配向化が達せられないう
ちに結晶化が先行してしまうのである。そこで実際には
、旦形成された結晶構造を破壊しながら延伸をしている
ことになる。このような延伸メカニズムは、延伸時の分
子鎖切断が顕著に生じているという現象、および熱延伸
時の張力が高いこと等によって裏づけられる。

そして、従来の高速紡糸・熱延伸法で得られた、高弾性
率で熱寸法安定性の改良されたポリエステル繊維の微細
構造的観点からみると、非晶部の分子鎖の配向度（以下
非晶分子配向度と言う）分布が大きいことに起因すると
考えることができる。即ち、非晶分子配向度分布が広い
ということは、例えば所定の弾性率を達成するのに、必
要以上に高配向化した分子鎖と、弛緩した分子鎖が混在
することを意味する。

そして、必要以上に高配向化された分子鎖の一部は切断
したり、一方必要以上に弛緩した分子鎖の部分は低密度
であるため、例えばゴム中で加熱された時、ゴム中の低
分子量アミン化合物や水分が該非晶部分に侵入し易く、
そのため劣化し易いことになる。

一方、前記の特開昭６１−１９８８０号公報、特開昭６
１−４２５４６号公報、および特開昭６２−２３８８７
１号公報に記載された方法は、有機繊維の表面改質に低
温プラズマ処理が有効であるとするものであり、具体的
には、特定のガス雰囲気中で低温プラズマ処理すること
によって、繊維の表面を架橋したり、エツチングしたり
、活性基を導入したり、あるいは特定のポリマをグラフ
ト重合したりして改質するものである。特に、産業資材
用ポリエステル繊維に低温プラズマ処理を利用した例が
記載されている。

しかしながら、前記ポリエステル繊維の低温プラズマ処
理は、ポリエステル繊維とゴムとの接着性の改良に関す
るもので、既に延伸され、加熱されたポリエステル繊維
からなるコードを低温プラズマ処理し、引続いて、レゾ
ルシン・ホルムアルデヒド初期縮合物とゴムラテックス
の混合物で処理する方法を開示したものである。

従って、前記のプラズマ処理技術は、低温プラズマ処理
の効果として認められている表面処理作用を接着性の向
上に利用したものに過ぎないと言える。

また、下記の本発明の目的であるポリエステル繊維の高
弾性率化および熱寸法安定性改良等の力学的、熱的特性
の改良効果にまで及ぶものではない。

本発明の目的は、高弾性率で、熱寸法安定性に優れ、か
つ高強度でゴム中耐熱性も改良されたポリエステル繊維
を効率よく製造する方法を提供するものである。

また、本発明の他の目的は、従来の低温プラズマ処理が
繊維の表面にのみ作用するという考え方から、表面処理
技術として展開されてきたのに対し、ポリエステル繊維
製造条件と低温プラズマ処理の適切な条件とを選択して
組合せることによって、被処理繊維の内部にまで、プラ
ズマ処理の作用が及ぶことを見出し、これを新規な延伸
法として利用することによって、産業用繊維として理想
的なポリエステル繊維を効率よく製造する方法を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段および作用］本発明の構成
は、 （１）ポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法において、
極限粘度〔η〕が０．８以上のポリエステルチップを溶
融紡糸し、冷却固化したのち、引取ローラに巻回するポ
リエステル繊維を複屈折が、３０Ｘ１０−３〜１００×
１０−”であり、密度が１．３３５〜１．３８０ｇ／Ｃ
ｍ３からなる中間配向糸となし、該中間配向糸を引続き
延伸域に導き、該延伸域における少なくとも第１段目を
減圧されたプラズマ雰囲気中で張力を２．０〜５．Ｏｇ
／ｄ付与して、１．４〜３．５倍延伸し、該延伸域で延
伸され得られた延伸糸を引続き弛緩熱処理域に導き、０
〜１０％弛緩熱処理を施し、複屈折を１８０Ｘ１０−８
以上の高配向度ポリエステル繊維となすことを特徴とす
るポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法。

（２）前記（１）記載したポリエステル繊維の直接紡糸
延伸方法において、延伸域で用いられるプラズマが非重
合性であり、プラズマ雰囲気の圧力が０．５〜２０Ｔｏ
　ｒ　ｒであり、印加電圧が０．５〜１０に■となした
ことを特徴とするポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法
。

にある。

本発明に係るポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法にお
いて用いられるポリマは、分子鎖の繰返単位の９０モル
％以上が、ポリエチレンテレフタレートからなり、極限
粘度〔η〕が０゜８以上のポリエステルチップが用いら
れる。極比粘度〔η〕を０．８以」二とする方法として
は、重縮合して得られたポリエステルチップをさらに、
固相重合を施すことによって得られる。

前記極限粘度〔η〕が０．８以上のポリエステルチップ
を溶融紡糸装置を用いて紡糸する。

溶融装置で溶融されたポリマを口金孔から紡出して紡出
糸となす。該紡出糸は、直ちに急冷することなく、紡糸
口金の直下に設けられた高温雰囲気域を通して遅延冷却
し、次いで冷却域に導入し冷風を吹きつけ、紡糸筒を通
過させて糸条となす。

前記の高温雰囲気域は、２００〜３５０　’Ｃの高温で
、その長さは５０〜５００　ｍｍの範囲内であり、この
高温雰囲気域の条件は、紡出される糸条の粘度、単糸の
太さ、ドラフト率、単糸数などの品質設定条件によって
、選択され設定される。

前記の冷却域は、１２０℃以下の気体を１５〜５０ｍ／
分の速度の範囲内で吹付ける。この冷却域の条件も紡出
される糸条の粘度、単糸の太さ、ドラフト率、単糸数な
ど品質設定条件によって選択され設定される。

高温雰囲気域および冷却域における各条件を前記の範囲
内とすることによって、紡出糸の冷却勾配パターンを適
切なものとするとともに、冷却域で紡出糸の配向がなさ
れ、引取った紡出糸を中間配向糸となす。紡出糸の構造
形成過程を制御することによって、各単糸の品質を安定
させるとともに得られるポリエステル繊維の強伸度積、
寸法安定性指標および非晶配同数のすべてを満足し、強
度および切断伸度が高く、耐疲労性に優れたポリエステ
ル繊維を得ることができる。

前記の高温雰囲気域および冷却域を通過した紡出糸は、
必要に応じて排気筒および下方に排気装置が設けられた
紡糸筒を通過し、該紡出紡糸に随伴する気体を徐々に剥
ぎ取る。排気筒で随伴する気体の一部を他の気体と置換
し、徐々に冷却させ、さらに紡糸筒の前半では安定した
状態で通過し、後半で随伴する気体の一部を他の気体と
徐々に置換させるという多段階で気体を置換することに
よって、紡出糸の各単糸の乱れ、即ち各単糸の揺れを少
なくした状態で略均−に冷却および配向を進行させる。

前記の冷却固化された紡出糸は、紡糸油剤を付与され、
１５００ｍ／分〜４５００ｍ／分の高速で回転するロー
ラに巻回されたのち、引続いて延伸される。ローラに巻
回され、引続いて延伸が施されるポリエステル繊維は、
密度が１゜３３５〜１．３８０ｇ／Ｃｍ”、複屈折が３
０Ｘ１０−３〜１００×１０−３の中間配向糸である。

前記の条件で紡出されて得られたポリエステル中間配向
糸の複屈折が１００×１０−”を越えると配向結晶化が
進みすぎているため、前記のプラズマ雰囲気中での延伸
、すなわちプラズマ延伸によって、繊維構造を再編成す
ることが難しく、十分な効果が得られない。また、前記
のポリエステル中間配向糸の複屈折が、３０×１Ｑ−３
よりも小さい場合、高弾性率および熱寸法安定性が、十
分改良されたポリエステル繊維が得られない。したがっ
て中間配向糸の複屈折は３０Ｘ１０−３〜１００×１０
−”の範囲とする必要がある。

前記の中間配向糸の複屈折を３０Ｘ１０−３〜１００×
１０−ｓの範囲とするには、少なくとも紡糸速度を１５
００ｍ／分以上とする必要があり、該紡糸速度は実質的
には、１５００ｍ／分〜４５００ｍ／分の範囲である。

前記のように極限粘度〔η〕が０．８以上で、複屈折が
３０Ｘ１０−’　〜１００×１０−”（７）中間配向ポ
リエステル繊維を引続いて、延伸工程で延伸する。該延
伸は、プラズマ雰囲気中でデニール当り２．０〜５．０
ｇの張力の下に、１゜４〜３．５倍の範囲内で行ない、
引続いて弛緩熱処理域に導き、０〜１０％、好ましくは
４〜１０％の範囲の弛緩熱処理を施すことによって、複
屈折が１８０Ｘ１０−”以上の高配向ポリエステル繊維
となすことができる。

本発明に係る方法によって得られるポリエステル繊維は
、実質的にエチレンテレフタレート単位からなるが、１
０％未満のエステル形成性成分を含有してもよい。エス
テル形成性成分としては、例えばテレフタル酸およびエ
チレングリコール、エチレンオキサイド成分の他に、イ
ソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカ
ルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、プロピレングリコー
ル、ブチレングリコール等のジオール成分、または前者
の成分と後者の成分から得られたポリマを、ポリエチレ
ンテレフタレートに溶融混合した混合ポリマ等である。

本発明に係る方法によって得られたポリエステル繊維は
、主に産業資材用繊維として実用するには、本発明の目
的とする高弾性率で優れた熱寸法安定性を有するだけで
なく、高強度で、優れた耐疲労性等も合わせて必要とさ
れる高重合度ポリマであることが必須であり、該ポリマ
の極限粘度〔η〕が０．８以上である。

ポリマの極限粘度〔η〕が０．８未満の場合、得られる
ポリエステル繊維の強度が満足しうる値とならないこと
があり、該極限粘度〔η〕が０．８以上、好ましくは０
．８〜１．２の範囲内とすることによって、製糸性を良
好となしプラズマ延伸条件との組合せが容易になる。

前記のプラズマ延伸に用いるプラズマは、特定のガスを
封入した減圧容器内で、高電圧を印加することにより発
生するもので、かかる放電は、火花放電、コロナ放電、
グロー放電など種々の形態のものがあるが、放電が均一
で活性化作用に優れたグロー放電が特に好ましい。放電
周波数は、低周波、高周波、マイクロ波を用いることが
でき、また直流も用いることができる。

本発明で用いるガスとしては、例えばＡｒ。

Ｎ２）Ｈｏ、ＣＯ２）ＣＯ，Ｏ２）Ｈ，０ＸＣＦ４、Ｎ
Ｈ，、Ｎ２）空気などおよびこれらの混合された非重合
性のガスが好ましく、特に強いエツチング作用を有しな
いＡｒ、Ｎ、、ＣＯ２）Ｈ，Ｏ１空気などが好ましいが
、特に空気が実用的には好適である。

本発明に係る方法によって得られたポリエステル繊維の
表面は、当然のことながら表面分子に結合した酸素含有
基、例えばカルボニル基、カルボキシル基、ヒドロキシ
基、ヒドロキシパーオキサイド等が付与される。

本発明に係る方法におけるプラズマ延伸に用いるプラズ
マは、０．０１〜５０Ｔｏｒｒ、好ましくは０．５〜２
０Ｔｏ　ｒ　ｒの圧力下で実施することが放電安定性の
面から好ましい。また印加電圧は０．５〜ｌ０ＫＶ、好
ましくは１〜８ＫＶである。

前記プラズマ延伸における延伸倍率は、■、４倍〜３．
５倍、好ましくは１．６倍〜３．０倍の範囲内とするこ
とによって、安定した品質のポリエステル繊維を良好な
製糸状態で得ることができる。

前記プラズマ延伸を用いることによって、従来の熱延伸
法に比べ、結晶化を抑制しながら延伸することが可能と
なり、したがって、高倍率の延伸を可能とし、得られる
ポリエステル繊維の高配向化が達成できる。

前記プラズマ延伸は、１段階で行なってもよく、２段以
上の多段で行なってもよい。また、１段目のプラズマ延
伸となし、２段目以降をプラズマ延伸以外の延伸法とし
てもよい。

延伸に供するポリエステル中間配向糸の物性や形態、プ
ラズマ印加電圧、雰囲気ガス、雰囲気の減圧度及び延伸
速度等によって、プラズマの条件を変化させるが、前記
延伸および弛緩熱処理を経て得られるポリエステル繊維
の複屈折が１８０Ｘ１０’−”以上、好ましくは１８０
Ｘ１０−３〜２２０Ｘ１０−’の高配向度になるようプ
ラズマ条件を組合せて行なう。

本発明に係るポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法に用
いられる装置は、プラズマ延伸が実質的に行なわれる真
空容器の前後にシール方式を取入れた連続式のものを使
用することができ、プラズマ延伸ゾーンの前後に必要に
応じて熱板、ホットロールなどを接続してもよい。

前記のプラズマ延伸によって得られるポリエステル繊維
は、従来の熱延伸法で延伸した場合に比べ、延伸時の分
子量低下が少ない。また密度はやや低く、複屈折が高い
ことから、結晶化が抑制されて高配向が達せられる。以
上の現象は、プラズマ延伸を施すことによって、円滑な
延伸が行なわれていることを示すものである。

本発明に係る方法によって得られたポリエステル繊維は
、特に産業資材用途に好ましく用いられ、該ポリエステ
ル繊維を加熱し、レゾルシン・ホルマリン・ラテックス
などの接着剤を付与することによって、タイヤ、伝動用
ベルト、搬送用ベルト等のゴム補強資材として、好まし
く用いられる。

また、本発明に係る方法によって得られたポリエステル
繊維を編成あるいは織成し、厚地布あるいは厚地ベルト
として、好ましく用いることができる。

さらに本発明に係る方法によって得られたポリエステル
繊維を強撚加工することによって、０糸として、好まし
く用いることができる。

さらにまた、本発明に係る方法によって得られたポリエ
ステル繊維を編威し、網として好ましく用いることがで
きる。

［実施例］ 実施例１〜３および比較例１〜４ 極限粘度〔η〕が１．１０のポリエチレンテレフタレー
トポリマを、４０ｍｍφエクストルーダ型紡糸機で溶融
紡糸した。紡糸パック内の溶融ポリマ温度を２９０℃と
し、紡糸口金は孔径０．６０．孔数１２０を用いた。口
金直下３０ｃｍ間を３００℃の高温雰囲気域ゾーンとす
るよう口金バック下に加熱筒を設置した。口金から紡出
、された糸条は、上記高温雰囲気域ゾーンを通過した後
、直ちに環状冷却装置から吹出される３０℃の冷風によ
って、冷却された。該環状冷却装置の冷風吹出し長４０
ｃｍ、吹出し面の冷風速度は４０ｍ／分とした。

冷却固化した糸条は給油された後、特定の速度で回転す
る引取ロールに巻回し、次いで連続して熱延伸ロールと
の間に設置した有効処理長１．５ｍのプラズマ延伸装置
に導き、上記引取ロールと熱延伸ロール間で種々の延伸
倍率でプラズマ延伸し、次いで該熱延伸ロールと張力調
整ロール間で弛緩熱処理したのち巻取った。尚、未延伸
糸物性は、引取ロールに巻回したものを採取して測定し
た。また、製糸条件応じて、紡糸吐出量を変更すること
により、巻取糸は５００Ｄ−１２０”’とした。

比較のためプラズマ延伸装置を除去して工段目延伸した
場合、および引取ロールと熱延伸ロールとの間に中間延
伸ロールを配して、２段目延伸を行なった。製糸条件を
第１表に、得られた繊維物性を第２表に示した。なお、
本実施例のポリエステル繊維は、２本合糸して１０００
デニールとして測定した物性を示した。

本発明法によって得られたポリエステル繊維は、高強度
、高弾性率でかつ熱寸注安定性に優れていることが示さ
れている。

（以下余白） ［発明の効果］ 本発明に係るポリエステル繊維の製造法によると、高速
紡糸によって得られる中間配向糸を直接高倍率で延伸し
、引続いて弛緩熱処理を施すものであり、極めて効率よ
〈産業用途に適したポリエステル繊維を得ることができ
る。

また、本発明に係るポリエステル繊維の製造法によると
、紡糸・延伸・弛緩熱処理を連続して１工程で行なうこ
とができ、しかもこれらの製糸段階における製糸状態を
安定して行なうことができ製糸性および得られるポリエ
ステル繊維の品質を均一なものとすることができる。

さらに、本発明に係るポリエステル繊維は、高強力、高
弥性率および熱安定性に優れ、特にゴム中で高温に曝さ
れた時の耐劣化性に優れ、タイヤ、ベルト等のゴム補強
材として極めて好適であり、シートベルト、漁網、０糸
、テント、ターポリン、スリング、安全ネット等の各種
の産業用途に好ましく用いられる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法において、
   極限粘度〔η〕が０．８以上のポリエステルチップを溶
   融紡糸し、冷却固化したのち、引取ローラに巻回するポ
   リエステル繊維を複屈折が、３０×１０＾−＾３〜１０
   ０×１０＾−＾３であり、密度が１．３３５〜１．３８
   ０ｇ／ｃｍ’からなる中間配向糸となし、該中間配向糸
   を引続き延伸域に導き、該延伸域における少なくとも第
   １段目を減圧されたプラズマ雰囲気中で張力を２．０〜
   ５．０ｇ／ｄ付与して、１．４〜３．５倍延伸し、該延
   伸域で延伸され得られた延伸糸を引続き弛緩熱処理域に
   導き、０〜１０％弛緩熱処理を施し、複屈折を１８０×
   １０＾−＾３以上の高配向度ポリエステル繊維となすこ
   とを特徴とするポリエステル繊維の直接紡糸延伸方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のポリエステル繊維の
   直接紡糸延伸方法において、延伸域で用いられるプラズ
   マが非重合性であり、プラズマ雰囲気の圧力が０．５〜
   ２０Ｔｏｒｒであり、印加電圧が０．５〜１０ＫＶとな
   したことを特徴とするポリエステル繊維の直接紡糸延伸
   方法。