JPH04163314A - ポリエステル繊維とその製造法 - 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、タイヤコード、Ｖベルトあるいはコンベアベ
ルトで代表されるゴム補強用繊維として適した寸法安定
性の改良されたポリエステル繊維及びその製造法に関す
るものである。

（従来の技術） ポリエチレンテレフタレート繊維で代表されるポリエス
テル繊維は、衣料用、産業資材用として広く用いられて
いるが、近年、産業資材用繊維。

特にタイヤコードあるいはＶベルト用繊維の高性能化へ
の要求が高まっており、熱に対する寸法安定性が良好な
繊維が要望されている。

寸法安定性の向上したポリエステル繊維を製造するため
には、未延伸糸の複屈折率を高くするとよいことが知ら
れており９例えば、特公昭６．３−５２８号公報及び同
６３−５２９号公報には、ポリエステル繊維を製造する
際に、紡糸速度を高めて高配向の未延伸糸とし、連続し
て延伸する方法が提案されている。しかし、これらの公
報に開示された方法では、紡出糸条を加熱筒を通すこと
なく急冷しているため紡糸の操業性に問題があると同時
に、得られる繊維の収縮率は依然として大きく２寸法安
定性が十分でない。特開昭６０−２５９６２６号公報に
は。

高速で溶融紡糸して巻取った後、多投延伸して初期モジ
ュラスが高く、低収縮のポリエステル繊維を製造する方
法が提案されているが、この方法で得られる繊維は、延
伸倍率の配分が適切でないためと、延伸温度が高いため
、高複屈折率で、非晶部の配向がかなり進行しており、
収縮率が高く。

寸法安定性に劣るものである。特開昭６３−１６５５４
７号公報には、高弾性率ポリエステルタイヤコード及び
その製造法について開示されており、ポリエステル繊維
を製造するに際し、　５０００ｍ／分以上の紡糸速度で
溶融紡糸した後、１．２〜１．８倍に熱延伸する方法が
開示されているが、いわゆる２工程法であり、コスト的
に問題がある。また、特開昭６３−１５９５１８号公報
にも熱的に安定なポリエステル繊維について開示されて
いるが、粘度の高いポリマーを７０００ｍ／分以上の速
度で紡糸しており、操業上問題がある。

さらに、特開昭６０−５９１１９号公報には、５００〜
２０００ｍ／分の紡糸速度で引き取り、延伸する方法が
開示されているが、紡糸速度が低く、そのため伸度を低
くしようとすると、延伸倍率を高くするすることが必要
になり、収縮を考えた場合、好ましい方法ではない。特
開昭６０−２４６８１１号公報にも寸法安定性を改良し
たタイプの原糸が提案されているが、加熱筒の長さが長
く、紡糸時に操作性が悪く。

かつ紡糸速度を高くしても延伸倍率を大きくしなければ
ならず、収縮率の改善は期待されない。また、特開昭６
１−１９８１２号公報、同６１−１３２６１６号公報、
同６２−６９８１９号公報でも同様な方法あるいは繊維
が開示されているが、いずれも結晶サイズが大きいため
、糸条が硬くなり、撚糸時に強力がダウンする問題があ
る。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、第一に熱に対する寸法安定性が良好で、産業
資材用繊維として適したポリエステル繊維を提供しよう
とするものであり、第二にこのようなポリエステル繊維
を比較的低い紡糸速度で製造することのできるポリエス
テル繊維の製造法を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記の課題を解決するものであり。

その要旨は次のとおりである。

（１）　　ポリエチレンテレフタレート又はこれを主成
分とするポリエステルからなる繊維であって２強度が６
ｇ／ｄ以上、フェノール吸着量が繊維重量に対して９モ
ル分率０．０２のフェノール水溶液において５〜１５％
５モル分率０．８０のフェノール水溶液において３５〜
４５％であることを特徴とするポリエステル繊維。

（２）溶融紡糸法によってポリエチレンテレフタレ一ト
又はこれを主成分とするポリエステルからなる繊維を製
造するに際し、紡糸孔を環状に配置した紡糸口金から紡
出した糸条を、ｖｉ糸糸口金工下設けた長さ２．５〜１
５ｃｍの加熱筒を通した後、糸条の中心から外側に向か
って冷却風を吹き付ける装置で冷却固化し１次いで２５
００Ｔ］’ｌ　／分以上の速度で引き取り、連続して下
記式を満足条件で多段延伸することを特徴とするポリエ
ステル繊維の製造法。

Ｔｇ≦Ｔ１≦１５０ ｆ面Ｒ−０，１≦ＤＲ，≦ｐ斤下＋０．１１．５≦ＴＤ
Ｒ≦２．３ ここで、Ｔ＋は第一段目の延伸温度（ｔ）、　Ｔｇは未
延伸糸のガラス転移温度（ｔ）、　ＤＲ，は第一段目の
延伸倍率、　ＴＤＲは全延伸倍率を示す。

以下９本発明について詳細に説明する。

まず１本発明のポリエステル繊維は５強度が６ｇ／ｄ以
上であることが必須である。強度がこれより低い場合に
は、ゴム補強用として使用するには低すぎて不適当であ
る。

次に２本発明のポリエステル繊維は９寸法安定−〇− 性に関し、特に重要な非晶部の構造に特徴を持つもので
ある。寸法安定性は当然非晶配向関数にも関係するが、
たどえ非晶配向関数が低くても非晶部の構造が適切でな
いポリエステル繊維は２寸法安定性に欠け、非晶配向関
数が高くても、非晶部が特定の構造をしている繊維は良
好な寸法安定性を示すことが分かったのである。

ずなわぢ５本発明のポリエステル繊維は、フェノール吸
着法によって測定したラテラルオーダー分布のうち、フ
ェノール吸着量が繊維重量に対して１モル分率０．０２
のフェノール水溶液において５〜１５％５モル分率０．
８０のフェノール水溶液において３５〜４５％のもので
ある。これは原糸においては非晶部分のうち、比較的配
向しておらず、拘束を受けていない非晶部が多いことを
示しているが。

引続き行なわれるデイツプ処理時に受ける張力・熱によ
り、この部分が配向し、均一な微細構造となるた必熱に
対する安定性が向」ニし１寸法安定性の改良された繊維
となるのである。モル分率０．０２のフェノール水溶液
におけるフェノール吸着量が５％より少ないときは、非
晶部のうち、あまり配向してない自由に挙動できる部分
が少ないことを示し、非晶部分のフレキシビリティが失
われるため、デイツプ処理しても自由度の低い非晶部し
か持たない繊維となり７寸法安定性に良くないばかりか
、糸条が硬くなり強力がダウンする。逆に。

１５％より多いときは、自由で拘束されていない非晶部
が非常に多いため、デイツプ処理時に非晶部分があまり
配向せず９寸法安定性にとって好ましくない。一方５モ
ル分率０．８０のフェノール水溶液におけるフェノール
吸着量が４５％より多いとデイツプ処理時に均一に配向
しきれず５寸法安定性にとって好ましくなく、一方、こ
の値が３５％より少ないとすでに配向している割合が多
く、これは原糸製造時に配向しすぎているため、デイツ
プ処理時の張力・熱による構造変化が少なく、非晶部が
均一に配向されず、やはり寸法安定性に劣った繊維とな
る。

本発明でいうフェノール吸着法について詳述する。

この方法は、繊維学会誌、第２７巻、５０１頁（１９７
１，）に記載されており、フェノールがポリエステル繊
維のカルボキシル基に平衡吸着することを利用した方法
で、ポリエステル繊維間の凝集エネルギーがフェノール
と繊維との溶媒和エネルギーで置き換えられ、さらにそ
の溶媒和エネルギーは、フェノール水溶液濃度と対応す
る関係を利用したものである。すなわち、フェノール水
溶液濃度が低い場合のフェノール吸着量は、あまり配向
しでいない非晶部分の毒を示し、フェノール濃度が高い
場合のフェノール吸着量は、その濃度で新たに吸着する
かなり配向した非晶部分をも含めた非晶部分の割合を示
す。

フェノール吸着量は次の式で求めた。

ｘ、−（＜ｆ−ｂ・（ｅ＋　ｆ））／（１−ｂ））＋（
ｂ／（１−ｂ））・Ｘ２ ここで＋　　６＋　　ｆ　＋　　Ｘｌ　＋　　Ｘ２は収
着浴から取り出した後、直ちに遠心脱水したポリエステ
ル繊維に含まれる単位絶乾試料当りの水、フェノール。

吸着フェノール及び結合水の重量であり、ｂは残浴のフ
ェノール水溶液濃度の重量％である。

これから求めたフェノール吸着量ｘ１から、それが全繊
維重量に対して占める割合を、吸着等温式より平衡定数
Ｋを求肥、下記の式を用いて算出した。

Ｘ−（Ｍ／Ａ）・１００ Ｍ＝ｍ”　Ｃ１＋（１／　Ｋ−ｘ’）］ここで、Ｘはそ
のフェノール水溶液濃度における非晶部分の全繊維重量
に対して占める割合、ｘ′は測定に用いたフェノール水
溶液濃度（モル／ｇ）。

ｍｏはフェノール水溶液濃度Ｘ”で測定したときの単位
絶乾試料当りの吸着フェノールのモル数、つまりｘｌを
モル数に換算した値、Ａはχ線法で求めた結晶化度から
求狛た繊維全体量中のカルボキシル基景である。

本発明の繊維は、上記全ての項目が満たされ。

初めて効果を発揮するものであり、いずれかの項目が本
発明の範囲外にあれば、後に引き続いて行なわれる撚糸
工程、デイツプ工程を経たコードの物性値の強度あるい
は寸法安定性において好ましい範囲から外れてしまう。

本発明の原糸を用いて得られるデイツプコードは９強度
５．５ｇ／ｄ以上、乾熱収縮率２．５％以下という極め
て寸法安定性の良好な特性を示す。

次に本発明のポリエステル繊維の製造法について説明す
る。

本発明のポリエステル繊維の製造法の特徴は。

紡出糸条の冷却方法にある。通常、産業資材用繊維を製
造する場合、紡出糸条を冷却固化する過程では９図２に
示すように、走行する糸条の外側から冷却風を吹付ける
方法あるいは吸引する方法が採用されるが、引取速度が
増大し、かつ繊度の大きい繊維を製造する際、この方法
では、糸条が持ち込む熱量が多いため、十分糸条が冷却
されない。

本発明では、繊維の持ち込む熱量を走行する糸条から外
へ逃がすため、走行する糸条の中心から外側に向かって
冷却風を送り込み、糸条を固化させる方法が採用される
。すてに繊度の極端に大きい短繊維では一部この方法も
採用されてはいるが。

高強力原糸を製造するた狛に適用された例はない。

この方法によれば、複屈折率の高い未延伸糸を採取する
場合５通常の方法では４０００ｍ／分以上の速度で引き
取らなければならないのに対し、冷却効果が優れている
ため、　２５００〜３５００ｍ　／分程度の速度で十分
達成可能となる。

なお、この冷却装置は紡糸口金から２．５〜１５ｃｍ下
方に設置される。この間にはいわゆる加熱フードが設け
られ、その温度は２００〜４５０℃に設定されるが、こ
の加熱フードがない場合には、急激な冷却が起こりすぎ
、操業性に問題がある。

図面を用いて具体的に説明する。図１は９本発明の方法
で使用する装置の一例を示す。糸条は紡糸孔が環状に配
置された紡糸口金１から紡出され。

紡糸口金１の直下に設けられた加熱筒２を通った後、冷
却装置３により糸条の中心から外側に向かって送り込ま
れる風によって冷却される。一方。

従来の方法である図２では、糸条は走行する糸条の外側
から内側に向かって冷却風を吹きつける冷却装置３′に
より冷却される。

図１のような装置で紡糸された糸条は、　２５００ｍ／
分以上、好ましくは３０００ｍ／分以上の速度で引取ら
れるが、そのまま巻取ることなく連続して延伸に供され
る。その際は、全延伸倍率ＴＤＲが１．５〜２．３とな
るように２段以上の多段で延伸されなければならない。

延伸倍率は、当然引取速度に依存するが、１．５倍より
低い場合には強度が不足し。

産業資材用に適さない。また、逆に、２．３倍より高い
場合には操業性に問題が生じる。また、非晶部の割合を
本発明の要件を満足する範囲にするためには、当然延伸
条件も大きな要因となるが、特に第一段目の延伸条件に
より基本的な糸質特性は決定される。このため、第一段
目の延伸条件として次のような条件を採用しなければな
らない。

第一に、延伸温度Ｔ１を未延伸糸のガラス転移温度Ｔｇ
以上１５０℃以下にすることが必要である。Ｔｇよりも
低い温度で延伸すると、配向だけが優先し。

結晶化が伴わないため、逆に、１５０℃よりも高い場合
は、結晶化が進行し過ぎ、やはり続く第二段目の延伸操
業性に問題が生じる。

第二（乙（３Ｒ１が仔■±０．１の範囲になければなら
ない。

全延伸倍率ＴＤＲが同じ原糸ならば、延伸倍率の配分を
どのように変更しようとも、得られる原糸の強度、トー
タルの配向度はほとんど同じであるが、延伸倍率の配分
により原糸の微細構造は異なり、そのた於後に引続き行
なわれる例えば撚糸。

デイツプ工程を経たコードの強度が低くなったり。

寸法安定性に欠けるものとなる。

なお２本発明において、第一段目の延伸には。

例えば１．０５倍程度以下の張力を掛け、構成単糸を引
き揃えるような目的で行われるものは含まれない。

第二段目以降の延伸方法は特に制限されるものではない
が、結晶化温度以上、糸条が融着を起こすまでの温度で
第二段目の延伸を行い５次いでリラックスローラを介し
て巻取る方法が好ましい。

（延伸後リラックス処理する場合のリラックス率はＴＤ
Ｒに考慮しない。）また、第二段目の延伸には過熱水蒸
気を用いる方法を採用するのも好ましい。

なお２本発明におけるポリエステルとしては。

ポリエチレンテレフタレート及びこれを主体とするポリ
エステルが使用され、相対粘度（フェノールとテトラク
ロルエタンとの等重量混合物を溶媒とし、ａ度０．５　
ｇ　／　ａ、温度２５℃で測定）が１．４５以上、好ま
しくは１．５０以」二のものが使用される。

また、耐熱性を向」ニさせるために、エポキシ化合物等
の末端カルボキシル基封鎖剤を添加して紡糸することが
好ましい。さらに、必要に応じて鉋消剤、顔料、光安定
剤、熱安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤等が含有されて
いても何らさしつかえない。

本発明の繊維は、産業資材用、特にタイヤコード、■ベ
ルト、コンベアベルト等で代表されるゴム補強用に適し
たポリエステル繊維であり、総繊度２５０〜２０００ｄ
　、　　フィラメント数３６〜１０００とするのが適当
である。

（実施例） 以下１本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

なお９強伸度、初期ヤング率は、　ＪＩＳ　Ｌ−１０１
７に準じ、島津製作所製オートグラフＳ−１００を用い
。

試料長２５ｃｍ、引張速度３０ｃｍ／分の条件で測定し
た。

複屈折率は、浸液としてトリクレジルホスフェートを用
い、ベレックコンペンセータを備えた偏光顕微鏡で測定
した。

乾熱収縮率は、　ＪＩＳ　Ｌ−１０１７に準じ、試料を
１８０℃で３０分間無張力下で熱処理して測定した。

実施例１ 相対粘度が１．５８のポリエチレンテレフタレートチッ
プを通常のエクストルーダ型溶融紡糸機に供給して紡糸
温度３００℃で、直径０．０６ｃｍの紡糸孔３９２個が
３重の同心円状に配置された紡糸口金から紡出した。（
ポリエステルの末端カルボキシル基を減らすため、Ｎ−
グリシジルフタルイミドを０．３重量％添加した。） この際、紡糸口金直下には、温度３５０℃で第１表に示
す種々の長さの加熱筒を設置し、その直下に図１又は図
２に示した形式の長さ３０ｃｍ、温度１８℃の冷却風が
０．６ｍ／秒の速度で供給される円筒型冷却装置を設置
して冷却固化し、油剤を付与した後、　２５００ｍ／分
で１００℃の加熱ローラで引取り。

連続してこの加熱ローラと１４０℃の第１延伸ローラ（
ネルソン式）との間で１．５０倍に延伸し５次いで第１
延伸ローラと２４０℃の第２延伸ローラくネルソン式）
との間で延伸後、２００℃の加熱ローラ（ネルソン式）
で熱処理し、全延伸倍率が２．２０となるように延伸、
熱処理し、　１０００ｃｉ　／３９２ｆの延伸糸を得た
。

この際の未延伸糸の複屈折率等を第１表に、得られた延
伸糸の糸質特性を第２表に示す。

○印は１本発明例、他は比較例である。

なお、第１表中、未延伸の複屈折率は、室温の引取ロー
ラに巻き付けて採取した試料について測定したものであ
る。

次に、上記の延伸糸を用い１次のようにして生コードを
作成し、デイツプコード化し、デイツプコードの強度９
強力保持率、収縮率を測定した。

この結果を併せて第２表に示す。

延伸糸を、リング撚糸機によりＺ方向に４９回／１０ｃ
ｍの下撚をかけ、これを２本合系してＳ方向に４９回／
１０ｃｍの上撚をかけて生コードとした。次いで、リッ
ツラー社製ディッピングマシンを用い。

固形分１５重量％の下記デイツプ液を３．５〜４．０％
イ」着させ、乾燥ゾーン１６０℃ｘ６０秒、熱処理ゾー
ン２４０℃×６０秒×２回の条件で中間伸度が３．５±
０．２％となるようにデイツプ処理した。

デイラフ液は、レゾルシンとホルムアルデヒドとをモル
比１：１．２で反応させた初期縮合物１重量部に、固形
分濃度２０重量％のゼンタックラテックス（ゼネラルタ
イヤ社製商品名）を固形分として４．３重量部混合した
水溶液を水酸化す）　ＩＪウムでｐＨ９，５に調整した
ものと、バルカボンドＥ　（バルナックス社製商品名）
とを８３　：　１７の重量比で混合した混合液を用いた
。

イは１モル分率０．０２のフェノール水溶液で測定した
吸着量口は２モル分率０．８０のフェノール水溶液で測
定した吸着量これらの結果から明らかなように１本発明
例であるＮｏ、２．３．４の繊維では、非晶部分の構造
が適切に形成されており、デイツプコード特性としての
強度、乾熱収縮率が優れている。一方、加熱筒を設けな
い比較例であるＮｏ、　１では、延伸の際に毛羽が多発
し、操業性に大きな問題が生じた。また、加熱筒が長す
ぎるＮｏ、　５では、　２５００ｍ　／分の引取ローラ
速度では、未延伸糸複屈折率が０．０３１と低く９モル
分率０．８０のフェノール水溶液におけるフェノール吸
着量も４５％を超え、結果として乾熱収縮率が高く１寸
法安定性に欠けるものであった。

同じように、外側から冷却風を送り込む装置を用いたＮ
ｏ、　６でも１寸法安定性が悪かった。

実施例２ 実施例１のＮｏ、　３と同様の条件で紡糸し、冷却した
糸条を２５００ｍ／分の速度で引き取った。その際引取
ローラの温度を第３表に示す温度に設定し。

第１延伸ローラの速度を第３表に示す速度とし。

ＯＲ＋、ＴＤＲをそれぞれ変更し、同じ＜　１０００ｄ
　／３９２ｆの延伸糸を得た。

さらに、この延伸糸を用い、実施例１と同様に生コード
化し、デイツプ処理し、コード特性を評価した。

製糸時の操業性等を第３表に、延伸糸及びデイツプコー
ドの特性値を第４表に示す。

第３表 第４表 これらの結果から明らかなように、　ＤＲ，が本発明の
範囲外にあるＮｏ、７．１２では紡糸工程中に毛羽の発
生がみられると同時に５モル分率０．０２及び０、８０
（７）フェノール水溶液におけるフェノール吸着量のど
ちらかが本発明の範囲外にあり、乾熱収縮率が高くなっ
た。さらに引取ローラの温度（Ｔ１）が低すぎるＮｏ、
　８　、高すぎるＮｏ、　１０も同様の傾向があり。

寸法安定性に好ましくないことがわかる。さらにＴＤＨ
の高すぎるＮｏ、　１１は、紡糸時に毛羽が多発し。

操業性に問題があった。

実施例３ 実施例１と同じポリマー、紡糸機を用い、紡糸温度３０
０℃で、直径０．０５ｃｍの紡糸孔５００個が３重の同
心円状に配置された紡糸口金から紡出した。

（ポリマーの末端カルボキシル基を減らすため。

Ｎ−グリシジルフタルイミドを０．３重量％添加した。

） この際、紡糸口金直下に長さｌＱｃｍ、温度３００℃の
加熱筒を設置し、その直下に設置した温度１８℃の冷却
風が１．Ｏｍ／秒の速度で供給される長さ３０ｃｍの図
１の円筒型冷却装置で冷却固化し、油剤付与後、８０℃
に加熱した第５表に示す速度の引取ローラで引取り、連
続して延伸し、　１５００　ｄ　／　５００ｆの延伸糸
を得た。

延伸は２段で実施し、８０℃の引取ローラと非加熱の第
１延伸ローラとの間で第１段の延伸を行い。

次いで、第１延伸ローラと２５０℃の第２延伸ローラ　
（ネルソン式）との間で、第１延伸ローラの１５ｃｍ下
流位置に配設した温度４５０℃のスヂームを噴射するス
チームジェット装置を使用して第２段延伸を行った。引
続き、２００℃の加熱ローラ　（ネルソン式）で熱処理
して巻き取った。

この際の各ローラの速度、ＴＤＲ及び操業性等を第５表
に示す。

第５表 次いで、実施例１に準じ、延伸系にそれぞれ４０回／１
０ｃｒｎ下撚及び上撚をかけて生コード化し、中間伸度
が３．８±０．２％となるようデイツプ処理を行った。

延伸糸及びデイツプコードの特性値を第６表に示す。

これらの結果から明らかなように１本発明例であるＮｏ
、１３．１４では９強度、乾熱収縮率とも優れた特性を
示すが、ＴＤＲの低すぎるＮｏ、　１５では、デイツプ
コードの強度が低く、実用に供し得ないものであった。

（発明の効果） 本発明によれば、デイツプ処理した後に優れた寸法安定
性を示し、かつ強度も優れたゴム補強用に適したポリエ
ステル繊維が提供される。

また５本発明の方法によれば、高速度で、生産性良く、
操業できるポリエステル繊維の製造法が提供される。

【図面の簡単な説明】

図１は２本発明の方法で使用する装置の一例。 図２は従来の装置の概略図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリエチレンテレフタレート又はこれを主成分と
   するポリエステルからなる繊維であって、強度が６ｇ／
   ｄ以上、フェノール吸着量が繊維重量に対して、モル分
   率０．０２のフェノール水溶液において５〜１５％、モ
   ル分率０．８０のフェノール水溶液において３５〜４５
   ％であることを特徴とするポリエステル繊維。
2. （２）溶融紡糸法によってポリエチレンテレフタレート
   又はこれを主成分とするポリエステルからなる繊維を製
   造するに際し、紡糸孔を環状に配置した紡糸口金から紡
   出した糸条を、紡糸口金直下に設けた長さ２．５〜１５
   ｃｍの加熱筒を通した後、糸条の中心から外側に向かっ
   て冷却風を吹き付ける装置で冷却固化し、次いで２５０
   ０ｍ／分以上の速度で引き取り、連続して下記式を満足
   条件で多段延伸することを特徴とするポリエステル繊維
   の製造法。 Ｔｇ≦Ｔ＿１≦１５０ √（ＴＤＲ）−０．１≦ＤＲ＿１√（ＴＤＲ）＋０．１
   １．５≦ＴＤＲ≦２．３ ここで、Ｔ＿１は第一段目の延伸温度（℃）、Ｔｇは未
   延伸糸のガラス転移温度（℃）、ＤＲ＿１は第一段目の
   延伸倍率、ＴＤＲは全延伸倍率を示す。