JPH04228607A - 溶融紡糸可能な有機合成ポリマーの紡糸方法 - 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】

【０００１】本発明は，高強度・高モジュラス・低収縮
の合成ヤーンを製造するための紡糸方法に関する。

【０００２】繊維形成性で溶融紡糸可能な合成ポリマー
が開発されて以来，繊維メーカーは，これらのポリマー
から製造される繊維の強度と安定性を増大させる方法を
確立すべく多くの研究を重ねてきた。これらの物品に対
して織物用以外の用途が開けるには，繊維のさらなる強
度アップと安定性アップが必要とされる。このような非
織物用途（“産業向け用途”としても知られている）と
しては，タイヤコード；縫糸；帆布；路床構造物等に使
用される布，ウェブ，又はマット；産業用ベルト；複合
材料；建築材料用布帛；ホース用補強材；布帛積層体；
及びロープ；等がある。

【０００３】最初は，これら産業向け用途のいくつかに
対してはレーヨンが使用されていた。その後，ナイロン
がレーヨンに取って代わった。１９７０年代においては
，ナイロンと競合するものとして，ポリエチレンテレフ
タレートのようなポリエステルが導入されるようになっ
た。そして１９８５年頃，より高性能（すなわち，より
高い強度と安定性）を有するポリエステルが開発された
。

【０００４】いくつかの特許による先行技術を大まかに
見直すと，後述の如く，合成繊維の強度と安定性を高め
る可能な方法として３つの一般的なエリアが検討されて
いることがわかる。これらの一般的エリアは，延伸に関
するプロセス；ポリマーに関するプロセス；及び紡糸に
関するプロセス；である。以後“延伸”とは，紡糸した
ままのヤーンに対して施される加熱と伸張を表わすもの
とする。“ポリマーに対する処理”とは，紡糸工程の前
にポリマーに施される処理を表わすものとする。“紡糸
”とは，ポリマーからフィラメントを形成するためのプ
ロセスを表わすものとする（但し延伸は除く）。

【０００５】延伸に関するプロセスは以下の通りである
。

【０００６】米国特許第３，０９０，９９７号において
は，タイヤコードとして使用するための，ポリアミドの
多段階延伸が開示されている。従来法に従って繊維（ナ
イロン）が溶融紡糸される。次いで，紡糸した繊維を三
段階プロセス（延伸し，次いで加熱し，次いで再び延伸
する）にて延伸すると，１０．４〜１１．１ｇ／デニー
ル（ｇｒａｍ　　ｐｅｒ　　ｄｅｎｉｅｒ；ｇｐｄ）の
テナシティ，１２．９〜１７．１％の伸び，及び４８〜
７１ｇｐｄ／１００％の初期モジュラスを有する延伸ナ
イロンが得られる。

【０００７】米国特許第３，３０３，１６９号において
は，高モジュラス・高テナシティ・低収縮のポリアミド
ヤーンを得るための，ポリアミドに対する一段延伸プロ
セスが開示されている。紡糸したポリアミドを延伸し，
そして少なくとも１１５℃に加熱すると，５〜８．７ｇ
ｐｄのテナシティ，１６．２〜３０．３％の伸び，２８
〜５９ｇｐｄ／１００％の初期モジュラス，及び３．５
〜１５％の収縮率を有するヤーンが得られる。

【０００８】米国特許第３，９６６，８６７号において
は，１．５〜１．７の相対粘度を有するポリエチレンテ
レフタレートを得るための二段延伸プロセスが開示され
ている。第一段階では，７０〜１００℃の温度と３．８
〜４．２の延伸比で繊維を処理する。第二段階では，２
１０〜２５０℃の温度及び第１の延伸比と第２の延伸比
を合わせて５．６〜６．１の延伸比で繊維を処理する。 こうして得られる延伸ヤーンは，７．５〜９．５ｇｐｄ
のテナシティ，５ｇｐｄの負荷にて約２〜５％の伸び，
９〜１５％の破断点伸び，及び１〜４％の収縮率を有す
る。

【０００９】米国特許第４，００３，９７４号において
は，ポリエチレンテレフタレートを紡糸して得たヤーン
（２４〜２８のＨＲＶを有する）を延伸しながら７５〜
２５０℃に加熱し，加熱された引取ロール上に通し，そ
して最後に応力緩和する。この延伸ヤーンは，７．５〜
９ｇｐｄのテナシティ，約４％の収縮率，１２〜２０％
の破断点伸び，及び７％伸びにて３〜５ｇｐｄの耐力を
有する。

【００１０】ポリマーに対する処理によるヤーンの特性
向上に関するプロセスは以下の通りである。

【００１１】米国特許第４，６９０，８６６号と第４，
８６７，９６３号によれば，ポリエチレンテレフタレー
トの固有粘度（Ｉ．Ｖ．）は０．９０より大きい。米国
特許第４，６９０，８６８号によれば，紡糸したままの
（未延伸）繊維の特性は次の通りである：破断点伸び，
５２〜１９３％；複屈折，０．０６２６〜０．１３６；
結晶化度，１９．３〜３６．８％。延伸した繊維の特性
は次の通りである：テナシティ，５．９〜８．３ｇｐｄ
；伸び，１０．１〜２４．４％；乾燥収縮率（２１０℃
），０．５〜１０．３％。米国特許第４，８６７，９３
６号によれば，延伸した繊維の特性は次の通りである：
テナシティ，約８．５ｇｐｄ；破断点伸び，約９．９％
；収縮率（１７７℃），約５．７％。

【００１２】紡糸に関するプロセスは以下の通りである
。

【００１３】米国特許第３，０５３，６１１号によれば
，紡糸口金を離れた後のポリエチレンテレフタレートが
，長さ２ｍの紡糸シャフト中で２２０℃に加熱される。 次いで，もう一つのシャフト中で繊維に冷水を噴霧する
。１分当たり１，６００ｍ（ｍｐｍ）の速度で繊維を巻
き取り，引き続き延伸を行って３．５ｇｐｄのテナシテ
ィを得る。

【００１４】米国特許第３，２９１，８８０号によれば
，ポリアミドが紡糸口金から紡糸され，次いで約１５℃
に冷却され，次いで繊維に生蒸気が噴霧される。紡糸し
たままの繊維は，配向性が低く，また複屈折の値も小さ
い。

【００１５】米国特許第３，３６１，８５９号において
は，有機合成ポリマーを紡糸して繊維としている。繊維
が紡糸口金を出ると，繊維が“制御された遅延化冷却”
に付される。この冷却は，紡糸口金からの最初の７イン
チに対して行われる。頂部（すなわち，紡糸口金の隣接
部）の温度は３００℃であり，底部（すなわち，紡糸口
金から約７インチの距離の部分）の温度は１３２℃であ
る。紡糸したままのヤーンの複屈折値は小さく（１１〜
３５×１０−３），延伸したヤーンの特性は次の通りで
ある：テナシティ，６．９〜９．４ｇｐｄ；初期モジュ
ラス，１０７〜１４０ｇｐｄ／１００％；破断点伸び，
７．７〜９．９％。

【００１６】米国特許第３，９３６，２５３号及び第３
，９６９，４６２号においては，約１１５〜４６０℃の
温度で加熱したシュラウド（長さ０．５〜２フィート）
の使用について開示している。前者の特許の場合，シュ
ラウドの頂部の温度が底部の温度より高い。前者の特許
における延伸ヤーンの特性は次の通りである：テナシテ
ィ，９．２５ｇｐｄ；伸び，約１３．５％；収縮率，約
９．５％。後者の特許の場合，シュラウド内の温度は一
定であり，延伸ヤーンの特性は次の通りである：テナシ
ティ，８〜１１ｇｐｄ；破断点伸び，１２．５〜１３．
２％。

【００１７】米国特許第３，９４６，１００号によれば
，繊維が紡糸口金から紡糸され，８０℃未満の温度で固
化される。次いで固化した繊維が，ポリマーのガラス転
移温度（Ｔｇ　）とポリマーの融点との間の温度に再加
熱される。この加熱された繊維が，１分当たり１，００
０〜６，０００メートルの割合で加熱ゾーンから取り出
される。紡糸したヤーンの特性は次の通りである：テナ
シティ，３．７〜４．０ｇｐｄ；初期モジュラス，７０
〜７６ｇｐｄ／１００％；複屈折，０．１１８８〜０．
１２４０。

【００１８】米国特許第４，４９１，６５７号によれば
，ポリエステルのマルチフィラメントヤーンが高速で溶
融紡糸され，そして固化される。固化は，加熱ゾーンと
冷却ゾーンを連続した形で含んだゾーンにて行われる。 加熱ゾーンは，バレル形状のヒーター（温度はポリマー
の融点から４００℃まで変わる）であり，その長さは０
．２〜１．０メートルである。冷却ゾーンでは，空気に
より１０〜４０℃に冷却される。該プロセスによって作
製された延伸ヤーンは次のような特性を有する：初期モ
ジュラス，９０〜１３０ｇｐｄ；収縮率（１５０℃にて
），８．７％未満。

【００１９】米国特許第４，７０２，８７１号によれば
，減圧状態のチャンバー中に繊維が紡糸される。紡糸し
たヤーンの特性は次の通りである：強度，３．７〜４．
４ｇｐｄ；複屈折，１０４．４〜１２５．８（×１０−
３）；乾燥熱収縮，１６０℃で１５分にて４．２〜５．
９％。

【００２０】米国特許第４，８６９，９５８号によれば
，熱をかけずに繊維が紡糸され，そして巻き取られる。 この時点において，繊維の結晶化度は低いが，高度に配
向している。次いで，繊維が熱処理される。延伸した繊
維の特性は次の通りである：テナシティ，４．９〜５．
２ｇｐｄ；初期モジュラス，９２．５〜９６．６ｇｐｄ
／１００％；伸び，２８．５〜３２．５％。

【００２１】上記の特許を考察すればわかるように，こ
れら種々のプロセスにより得られる繊維のいくつかは高
強度と低収縮率を有するけれども，上記特許のいずれも
，高いテナシティ，高い初期モジュラス，及び低い収縮
率を併せもった延伸ヤーンを製造するプロセスについて
は開示していない。

【００２２】このような延伸ヤーンの開示に最も近い特
許は米国特許第４，１０１，５２５号と第４，１９５，
０５２号であり，これらの特許は本発明の譲受人に譲渡
されている関連特許である。これらの特許においては，
ポリエステルフィラメント（０．５〜２．０ｄｌ／ｇの
固有粘度を有するポリマー）が紡糸口金から溶融紡糸さ
れる。溶融フィラメントが固化ゾーンに通され，そこで
均一に冷却され，そして固体繊維となる。この固体繊維
が，実質的な応力下にて（０．０１５〜０．１５ｇｐｄ
）固化ゾーンから延伸される。これらの紡糸したままの
固体繊維は比較的高い複屈折（約９〜７０×１０−３）
を示す。次いで紡糸したままの繊維を延伸し，引き続き
熱処理に付す。延伸フィラメントの特性は次の通りであ
る：テナシティ，７．５〜１０ｇｐｄ；初期モジュラス
，１１０〜１５０ｇｐｄ／１００％；収縮率，空気中１
７５℃にて８．５％未満。

【００２３】本明細書では，溶融紡糸可能な有機合成ポ
リマーを紡糸する方法について開示する。本発明の紡糸
方法は，（ａ）溶融紡糸可能な有機合成ポリマーを紡糸
口金を通して押し出す工程；（ｂ）紡糸口金から得られ
るフィラメントを細長い区画に通す工程；（ｃ）前記区
画内の約３メートル以上の距離にわたって，前記フィラ
メントを前記ポリマーのガラス転移温度より高い温度に
保持する工程；及び（ｄ）前記フィラメントを収束する
工程；の各工程を含む。

【００２４】これとは別に，本発明の紡糸方法は，（ａ
）溶融紡糸可能な有機合成ポリマーを紡糸口金を通して
押し出す工程；（ｂ）少なくとも５メートルの長さを有
する細長い区画，又は細長い区画内の温度を所定の最高
温度から所定の最低温度まで調節するための手段を供給
する工程；（ｃ）フィラメントを前記細長い区画に通す
工程；及び（ｄ）前記フィラメントを収束する工程；の
各工程を含む。

【００２５】高いテナシティ，高い初期モジュラス，及
び低い収縮率を有する延伸ヤーン，並びにこのような延
伸ヤーンを紡糸する方法について以下に開示する。“ヤ
ーン”，“フィラメント”，又は“繊維”とは，溶融紡
糸可能な有機合成ポリマーから作製されるいかなる繊維
をも意味するものとする。このようなポリマーとしては
ポリステルやポリアミド等があるが，これらに限定され
るわけではない。しかしながら，本発明は，例えば，ポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ＰＥＴとポリブ
チレンテレフタレート（ＰＢＴ）とのブレンド物，及び
多官能モノマー（例えばペンタエリスリトール）で架橋
したＰＥＴなどのポリエステルに特に関係している。上
記ポリマーのいずれも，従来の添加剤を含んでもよい。 ヤーンの固有粘度（ＰＥＴベースのポリマーに関して）
は０．６０〜０．８７である。しかしながら，本発明は
，ポリマーの固有粘度（Ｉ．Ｖ．）には関係がない。

【００２６】図１を参照すると，紡糸装置１０が示され
ている。ポリマーチップを溶融するための従来の押出機
１２が，従来の紡糸ビーム１４と流体で連通している。 紡糸ビーム１４内には従来の紡糸パック（ｓｐｉｎｎｉ
ｎｇ　　ｐａｃｋ）１６がある。パック１６は環状設計
物でよく，当業界に公知の方法に従って，ポリマーを微
細粒子の層に通すことによりポリマーを濾過する。パッ
ク１６の一部として，従来の紡糸口金（図示せず）が組
み込まれている。パックを通過するポリマーの流量は，
約１０〜５５ポンド／時の範囲で変わる。５５ポンドと
いう上限は，パック１６の物理的寸法のみによって規定
されるものであり，より大きなパックを使用すれば，よ
り多くの流量が得られる。単位フィラメント当たりのス
パンデニール（ｄｐｆ）は３〜２０の範囲であり，ヤー
ンに対する最適の機械的特性は５〜１３ｄｐｆの間で現
れるようである。

【００２７】繊維が紡糸口金を離れたときに，必要に応
じて繊維を高温不活性ガス（例えば空気）で冷却しても
よい。米国特許第４，３７８，３２５号を参照のこと。 通常，ガスの温度は約２３０℃であり，約６標準ｆｔ３
　／分（ｓｃｆｍ）の割合で供給される。空気の温度が
高すぎる場合（すなわち２６０℃以上），紡糸ヤーンの
特性は大幅に低下する。

【００２８】細長いカラム１８が紡糸ビーム１４のすぐ
下に気密状態にて据え付けられている。このカラムは，
長さ約５メートル以上の断熱チューブを含んでいる。カ
ラムの長さについては，より詳細に後述する。チューブ
の内径は，紡糸口金からの全てのフィラメントが滞りな
くチューブの長さを通過できる程度に充分に大きい（例
えば１２インチ）。チューブ内の温度がその長さに沿っ
て調節できるように，カラムには複数の従来型バンドヒ
ーターが取りつけられている。カラムの温度については
，詳細に後述する。より良い温度調節を可能にするため
に，カラムはいくつかの個別の温度ゾーンに分割される
のが好ましい。併せて４〜７つのゾーンが使用されてい
る。カラム１８は，必要に応じて，カラム内の温度を調
節するのに使用されるエア・スパージャー（ａｉｒ　　
ｓｐａｒｇｅｒ）１７を含んでもよい。スパージャー１
７は，不活性ガスをカラムの周囲に均一に配分するよう
設計されている。

【００２９】カラム１８の最下端部内には，有孔円錐台
１９（すなわち，空気の乱流を少なくするための手段）
が取りつけられている。有孔円錐台１９（長さ３フィー
トで，その最上端部においてチューブの直径と同一の直
径を有し，そして最下端部においてチューブ直径の約１
／２の直径を有するのが好ましい）は，空気の乱流によ
るスレッドライン（ｔｈｒｅａｄ　　ｌｉｎｅ）内の動
きが実質的に少なくなるか又は完全に無くなるよう，チ
ューブの最下端部から弁付き排気口２１を介して空気を
排気するのに使用される。

【００３０】カラム最下端部の下にて，スレッドライン
が収束される。この収束は，仕上剤アプリケーター（ｆ
ｉｎｉｓｈ　　ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）２０によって行
うことができる。アプリケーター２０は，ヤーンが紡糸
口金を離れた後に出会う最初の接触部である。

【００３１】カラムの長さ，個々のフィラメントが収束
しないこと，及びカラム内の空気の温度分布が，本発明
にとっては特に重要なポイントである。温度分布は，カ
ラムのかなりの長さ（例えば少なくとも３メートル）に
わたって繊維がそのＴｇ　より高い温度に保持されるよ
う選定される。この温度は，カラムの全長にわたって保
持することができるが，この場合，巻き取られるフィラ
メントが不安定となる。従って，実際的な理由から，カ
ラム内の温度はＴｇ未満の温度に下げられ，これにより
，フィラメントは，巻き取られる前にさらなる結晶構造
の変化を受けない。温度分布は，外部からの熱が加えら
れない場合にチューブ内にて得られるであろう温度分布
を示すよう選定されるのが好ましい。しかしながら，“
外部からの熱が加えられない”という状況は，カラム温
度に影響を及ぼす変数が数多くあることから非実際的で
ある。従って，温度分布は，直線的な仕方で調節して，
プロセスにおける変数としての温度を取り除くのが好ま
しい。

【００３２】カラム内の空気温度は，バンドヒーターを
使用することによって調節される。カラムを複数のセク
ションに分け，各セクションの空気温度を所定の値に制
御するのが好ましい。このように，カラムの長さにわた
ってカラム内の温度を変えることができる。カラム内の
温度は，ポリマーの紡糸温度という高い温度から，ポリ
マーのガラス転移温度（Ｔｇ　）以下の温度（ポリエス
テルに対するＴｇ　は約８０℃である）まで変わりうる
。ポリマーの紡糸温度は，紡糸口金付近，すなわち溶融
ポリマーが紡糸口金を去るときに観察される。しかしな
がら，カラム内の空気温度は約１５５℃から約５０℃ま
で制御できるのが好ましい。１４，０００フィート／分
以下の巻き取り速度の場合，紡糸口金に隣接した第１の
セクションは約１５５℃の温度に調節し，そして紡糸口
金から最も離れたセクションは約５０℃の温度に調節す
るのが好ましい。

【００３３】しかしながら，直線的な温度分布が，本明
細書の開示する有益な結果を与える唯一の温度パターン
ではない。１４，０００ｆｐｍ（４，３００ｍｐｍ）を
越える巻き取り速度においては，温度プロフィール（カ
ラムが４つの個別ゾーンに分かれている場合）は次の通
りである：（紡糸口金から下方に向かって）第１ゾーン
──約１０５〜１１０℃；第２ゾーン──約１１０〜１
１５℃；第３ゾーン──約１２５〜１３０℃；及び第４
ゾーン──約１１５〜１２０℃。

【００３４】カラムの長さに関して，少なくとも５ｍの
カラム長さ（少なくとも３ｍに対しては，カラム温度は
ポリマーのＴｇ　より高い）が本発明には必要と思われ
る。本発明に対しては５〜９ｍのカラム長さが適切であ
る。９ｍの長さが実際的な上限であるが，室内の広さに
余裕があればさらに増大することもできる。テナシティ
特性を最適にするためには，約７ｍのカラム長さが好ま
しい。

【００３５】カラム１８を出た後に繊維を収束させる。 この収束は，仕上剤アプリケーターを使用することによ
って行うことができる。

【００３６】仕上剤の第１の塗布（すなわち仕上剤アプ
リケーター２０にて）を行った後，一対のゴデットロー
ル２２にヤーンを巻き取る。次いで，仕上剤の第２の塗
布（すなわち仕上剤アプリケーター２３にて）が行われ
る。第１の仕上剤塗布は，繊維に蓄積される静電気を少
なくするために行われる。しかしながら，この仕上剤は
，繊維がゴデットロールを通過する際に剥がれ落ちるこ
とがしばしばある。従って，ゴデットロールを通過した
後に仕上剤が再塗布される。

【００３７】次いで，繊維が従来の張力制御ワインダー
２４に通される。巻き取り速度は通常３，０００ｍｐｍ
（９，８００ｆｐｍ）以上であり，最大速度は５，８０
０ｍｐｍ（１９，０００ｆｐｍ）である。適切な範囲は
，約１０，５００〜１３，５００ｆｐｍ（約３，２００
〜４，１００ｍｐｍ）である。最も好ましい範囲は，約
３２００〜３８００ｍｐｍ（１０，５００〜１２，５０
０ｆｐｍ）である。巻き取り速度が９，８００ｆｐｍ（
３，０００ｍｐｍ）未満の場合，ヤーンの均一性が低下
する。

【００３８】上記のプロセスによって得られる紡糸した
ままのポリエステルヤーンは，一般には，比較的小さな
結晶を有し且つ比較的高い配向性を有することを特徴と
している。紡糸したままのヤーンのこうした特性が，後
述するユニークな延伸ヤーン特性の達成を可能にするも
のと考えられる。

【００３９】紡糸したままのポリエステルヤーンの一般
的な特性を定量化するために，小さな結晶をその結晶サ
イズ（Åにて測定）に関して規定し，また配向について
は，光学的複屈折；非晶質複屈折；又は結晶複屈折；の
うちの１つに基づいて規定する。さらに，結晶サイズと
ロング・ピリオド・スペーシング（ｌｏｎｇ　　ｐｅｒ
ｉｏｄ　　ｓｐａｃｉｎｇ）（結晶間の距離）に関して
紡糸ポリエステルヤーンの特徴付けを行う。広い意味に
おいては，紡糸したままのポリエステルヤーンは，５５
Å未満の結晶サイズを有するものとして；及び０．０９
０より大きい光学的複屈折，又は０．０６０より大きい
非晶質複屈折，又は３００Å未満のロング・ピリオド・
スペーシングを有するものとして；特徴付けることがで
きる。さらに好ましくは，紡糸したままのポリエステル
ヤーンは，約２０〜５５Åの結晶サイズを有するものと
して；及び約０．０９０〜０．１４０の光学的複屈折，
又は約０．０６０〜０．１００の非晶質複屈折，又は約
１００〜２５０Åのロング・ピリオド・スペーシングを
有するものとして；特徴付けることができる。最も好ま
しくは，紡糸したままのポリエステルヤーンは，約４３
〜５４Åの結晶サイズを有するものとして；及び約０．
１００〜０．１３０の光学的複屈折，又は０．０６０〜
０．０８５の非晶質複屈折，又は約１４０〜２００Åの
ロング・ピリオド・スペーシングを有するものとして；
特徴付けることができる。

【００４０】当技術者には容易にわかることであるが，
紡糸ヤーンの結晶サイズは，最適の巻き取り速度範囲に
おいては従来のヤーンの約１／３である。結晶サイズは
巻き取り速度の増大と共に大きくはなるが，それでもま
だ小さいレベルのままである。紡糸したポリエステルヤ
ーンの非晶質配向はかなり高く約２倍である。この紡糸
ヤーンは極めて高度の配向と低い収縮率を有するので，
延伸を施さなくても使用することができるであろう。

【００４１】さらに，紡糸ポリエステルヤーンは次のよ
うな特性を有する：１０〜４３％の結晶含量（すなわち
，密度の測定により得られる結晶化度）；約１．７〜５
．０ｇｐｄのスパンテナシティ；１０〜１４０ｇｐｄ／
１００％の範囲のスパンモジュラス；約５〜４５％の高
温空気収縮率；５０〜１６０％の伸び。

【００４２】さて次に，紡糸ヤーンに延伸を施す（図２
を参照）。一段延伸又は二段延伸のどちらの操作も使用
することができる。しかしながら，二段延伸操作は，殆
ど又は全く利点を提供しないことが判明している。紡糸
操作を延伸操作に直接連結することが可能である（すな
わち，紡糸／延伸プロセス）。

【００４３】紡糸したままのヤーンがクリール３０から
供給ロール３４に送られる。供給ロール３４は，周囲温
度から約１５０℃まで加熱することができる。次いで，
繊維が，周囲温度から約２５５℃まで加熱することので
きる引取ロール３８に送られる。加熱ロールが利用でき
ない場合は，ホットプレート３６（１８０℃から２４５
℃まで加熱できる）を使用することができる。ホットプ
レート３６（６インチのカーブした接触表面を有する）
が延伸ゾーン（すなわち，供給ロール３４と引取ロール
３８との間）に配置される。引取速度は７５〜３００ｍ
／分の範囲である。典型的な延伸比は約１．６５（約３
，８００ｍ／分にて造られた紡糸ヤーンに対して）であ
る。最適供給ロール温度（最も高い引張強さが得られる
）は約９０℃であることが見出された。引取ロールの最
適温度は約２４５℃である。ホットプレートが使用され
る場合，最適温度は約２４０〜２４５℃である。引取ロ
ールの温度により，高温空気による収縮がある程度抑え
られる。一般には，収縮は少ないのが望ましい。なぜな
ら，処理されたコードに対して最良の安定性等級が得ら
れるからである。しかしながら，少なくとも１つの最終
用途（例えば帆布）では，延伸ヤーンのより高い収縮率
が必要とされ，これらはより低い引取ロール温度を使用
することにより制御することができる。

【００４４】上記の説明に基づいて，延伸繊維の特性を
以下のように調節することができる：テナシティ，４．
０〜１０．８ｇｐｄ；伸び，７〜８０％；初期割線モジ
ュラス，６０〜１７０ｇｐｄ／１００％；高温空気収縮
率（１７７℃にて），６〜１５％；５束のデニール，１
２５〜１１００（後者の数値はトウを一緒に撚り合わせ
ることによって得られる）；単位フィラメント当たりの
デニール，１．５〜６ｄｐｆ。このようなヤーンは，ゴ
ムタイヤの繊維強化材として使用することができる。

【００４５】上記のプロセスに従って作製したポリエス
テル（すなわちＰＥＴ）延伸ヤーンは，１５０ｇｐｄ／
１００％より大きい初期割線モジュラスを得ることがで
きる。さらに，これらのヤーンは８％未満の収縮率を有
するか，あるいは７．５ｇｐｄより大きいテナシティを
有する。

【００４６】延伸ポリエステルヤーンの他の好ましい実
施態様は次のように特徴付けられる；テナシティ，少な
くとも８．５ｇｐｄ；初期モジュラス，少なくとも１５
０ｇｐｄ／１００％；及び収縮率，６％未満。延伸ポリ
エステルヤーンのさらに他の好ましい実施態様は次のよ
うに特徴付けられる：テナシティ，少なくとも１０ｇｐ
ｄ；初期モジュラス，少なくとも１２０ｇｐｄ／１００
％；及び収縮率，６％未満。延伸ポリエステルヤーンの
さらに他の好ましい実施態様は次のように特徴付けられ
る：テナシティ，約９〜９．５ｇｐｄ；初期モジュラス
，約１５０〜１５８ｇｐｄ／１００％；及び収縮率，７
．５％未満。

【００４７】上記のプロセスに従って作製したいかなる
延伸ヤーンも，以下のような最終用途に使用することが
できる。すなわち，タイヤコード；縫糸；帆布；路床構
造物等に使用される布，ウェブ，又はマット；産業用ベ
ルト；複合材料；建築材料用布帛；ホース用補強材；布
帛積層体；及びロープ；等がある。

【００４８】本発明と実施例における説明に使用される
試験を以下のように行った。

【００４９】テナシティは，ＡＳＴＭ　　Ｄ−２２５６
−８０に規定されているような“破断テナシティ”を表
わす。

【００５０】初期モジュラス（又は“初期割線モジュラ
ス”）は，ＡＳＴＭ　　Ｄ−２２５６−８０，セクショ
ン１０．３により規定される。但し，応力−歪曲線の初
期直線部分を示すラインは，応力−歪曲線上の０．５％
伸び箇所と１．０％伸び箇所を通過する割線であるとす
る。

【００５１】他の全ての引張特性はＡＳＴＭ　　Ｄ−２
２５６−８０により規定される。

【００５２】収縮率（ＨＡＳ）は，ＡＳＴＭ　　Ｄ−８
８５−８５に従って１７７±１℃に保持された高温空気
環境における線収縮と定義される。

【００５３】密度，結晶サイズ，ロング・ピリオド・ス
ペーシング，複屈折，及び非晶質複屈折は，米国特許第
４，１３４，８８２号に説明されているものと同じであ
る。具体的には，米国特許第４，１３４，８８２号にお
いて，密度−第８欄６０行；結晶サイズ−第９欄６行；
ロング・ピリオド・スペーシング−第７欄６２行；結晶
複屈折−第１１欄１２行；及び非晶質複屈折−第１１欄
２７行；等である。

【００５４】複屈折（光学的複屈折又はΔｎ）は，米国
特許第４，１０１，５２５号の第５欄４〜４６行に記載
されている通りである。“ＢｉＣＶ”は，１０個のフィ
ラメントに対する実測値から算出されるフィラメント間
の光学的複屈折の変動係数である。

【００５５】本明細書に記載の他の試験は，従来法にし
たがって行われる。

【００５６】以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細
に説明する。

【００５７】実施例１ 以下の一連の実験においては，従来のポリエステルポリ
マー（ＰＥＴ，ＩＶ−０．６３）を紡糸した。紡糸速度
を，１２，５００ｆｐｍから１９，０００ｆｐｍまで増
大させた。カラムの長さは６．４ｍであり，４つの温度
制御ゾーンに分けた。各ゾーンの中心部にて壁体に近い
空気の温度を測定することによって温度を制御した。温
度２８５℃にて，そして４０個の孔を有する紡糸口金（
孔サイズは０．００９インチ×０．０１３インチ）を使
用して，ポリマーを紡糸ビームから２２．９ポンド／時
の割合で押し出した。繊維の冷却は行わなかった。紡糸
した繊維は延伸せずにヒートセットを施した。得られた
結果を表１に示す。

【００５８】表１

【００５９】

【００６０】

【００６１】実施例２ 以下の一連の実験においては，従来のポリエステル（Ｐ
ＥＴ，ＩＶ−０．６３）を紡糸した。表２に示す如くカ
ラムの温度を変化させた（空気温度，ゾーンの中心）。 カラムの長さは６．４ｍである。７２個の孔を有する紡
糸口金を使用し（孔サイズは０．００９インチ×０．０
１２インチ），３００℃にて紡糸ビームから２３．１ポ
ンド／時の割合でポリマーを押し出した。繊維は冷却し
なかった。紡糸した繊維を表２に明記したように引き続
き延伸した。得られた結果を表２に示す。

【００６２】表２

【００６３】

【００６４】

【００６５】上記の一連の実験（すなわち，表２に記載
の実験）においては，Ｎｏ．４，５，６，及び７は本発
明を表わしている。

【００６６】実施例３ 以下の一連の実験においては，従来のポリエステル（Ｐ
ＥＴ，ＩＶ−０．６３）を紡糸した。繊維を１０，５０
０ｆｐｍの割合で巻き取った。７２個の孔を有する紡糸
口金を使用し（孔サイズは０．００９インチ×０．０１
２インチ），３００℃にて紡糸ビームから１９．５ポン
ド／時の割合でポリマーを押し出した。６．５ｓｃｆｍ
の空気で２３２℃にて繊維を冷却した。カラムの長さは
６．４ｍで４つのセクションに分けられており，下方に
向かう順序にて以下のような空気温度分布を有する：す
なわち，各ゾーンの中心部にて１３５℃；１１１℃；９
２℃；及び８３℃；である。紡糸したヤーンは次のよう
な特性を有する：デニール−３３４；テナシティ−４．
０９ｇｐｄ；伸び−７１．７％；初期モジュラス−５５
．０ｇｐｄ／１００％；高温空気による収縮率−３５０
°Ｆにて１１．８％；Ｕｓｔｅｒ−１．１０；Ｉ．Ｖ．
−０．６４７；ＦＯＹ−０．３５％；複屈折−１１０×
１０−３；及び結晶化度−２１．６％。

【００６７】表３Ａには，延伸ヤーンの特性に及ぼす延
伸比の影響が示してある。

【００６８】表３Ａ

【００６９】

【００７０】表３Ｂには，延伸時における加熱方法の影
響が示してある（延伸比は１．６５であり，ヤーンは応
力緩和しなかった）。

【００７１】表３Ｂ

【００７２】

【００７３】表３Ｃには，より高い延伸温度と延伸比の
影響が示してある（供給ロールの温度は周囲温度であり
，引取ロールの温度は２４０℃である）。

【００７４】表３Ｃ

【００７５】

【００７６】実施例４ 以下の一連の実験においては，従来のポリエステル（Ｐ
ＥＴ，ＩＶ−０．９２）を紡糸した。実験Ｎｏ．１〜５
では，米国特許第４，１０１，５２５号と第４，１９５
，０５２号に記載の方法に従って繊維を紡糸・延伸した
。実験Ｎｏ．６〜９は以下のように実施した。

【００７７】Ｉ．Ｖ．が０．９２であることを特徴とす
る分子量をもったＰＥＴを０．００１％以下の水分レベ
ルまで乾燥した。本ポリマーを押出機中で２９５℃に加
熱溶融し，引き続き計量ポンプによって紡糸パックに送
り込んだ。この紡糸パックは環状構造の設計物であり，
微細金属粒子の層にポリマーを通すことによってポリマ
ーの濾過を行う。濾過を行った後，８０個の孔を有する
紡糸口金を介してポリマーを押し出した。紡糸口金の各
孔は円形の断面を有しており，その直径は０．４５７ｍ
ｍ，キャピラリーの長さは０．６１０ｍｍである。

【００７８】断熱処理された長さ９ｍの加熱チューブが
紡糸パックの下に適切に据え付けられており，マルチフ
ィラメントの紡糸スレッドラインがこのチューブの全長
に通された後に，収束されるか又はガイド表面と接触す
るようになる。温度制御のため，チューブをその長さ方
向に関して７つのゾーンに分けた。個別の制御器を使用
して，空気の温度を各ゾーンの中心部に設定した。プロ
セス上の熱とチューブの周りの外部ヒーターとの組み合
わせを使用し，チューブの下方垂直距離に対して均一な
空気温度分布が得られるよう，個々の制御器の設定値を
選択した。典型的な状況では，空気の温度はチューブの
頂部ゾーンにおいて１５５℃であり，ほぼ均一な勾配で
温度が低下して底部ゾーンにおいて５０℃となる。

【００７９】チューブの約１０ｃｍ下方において，スレ
ッドラインが仕上剤アプリケーターと接触する。仕上剤
アプリケーターは，収束ガイドとして，且つヤーンが出
会う最初の接触部として作用する。チューブの出口にお
いては，未収束ヤーンの断面は，仕上ガイド（ｆｉｎｉ
ｓｈ　　ｇｕｉｄｅ）に近接していることからかなり小
さい。これによって極めて小さな開口を使用することが
可能となり，従って，チューブから失われる高温空気の
量を最小限に抑えることができた。

【００８０】紡糸仕上剤を塗布した後に，ヤーンを一対
のゴデットロールに巻き取り，次いで張力制御ワインダ
ーに巻き取った。巻き取り速度は，通常３２００〜４１
００ｍｐｍであった。

【００８１】このヤーンの延伸を別の工程において行い
，このとき紡糸したままのヤーンを一組の予備張力ロー
ルを通し，そして８０〜１５０℃の温度に保持された加
熱供給ロールに送った。次いでヤーンを，これらのロー
ルと１８０〜２５５℃の範囲の設定温度に保持された一
組の引取ロールとの間で延伸した。３８００ｍｐｍで作
製した紡糸ヤーンに対する典型的な延伸比は１．６５で
あり，サンプルをそれぞれ，より低い延伸比を必要とす
るより高速，及びより高い延伸比を必要とするより低速
で紡糸した。

【００８２】得られた結果を表４に示す。

【００８３】表４

【００８４】

【００８５】実施例５ Ｉ．Ｖ．が０．９２であることを特徴とする分子量をも
ったポリエステルを０．００１％以下の水分レベルまで
乾燥した。本ポリマーを押出機中で２９５℃に加熱溶融
し，引き続き計量ポンプによって紡糸パックに送り込ん
だ。微細金属粒子の層にてポリマーを濾過した後，８０
個の孔を有する紡糸口金を介してポリマーを押し出した
。紡糸口金の各孔の直径は０．４５７ｍｍ，キャピラリ
ーの長さは０．６１０ｍｍである。押出の際，本ポリマ
ーの実測Ｉ．Ｖ．は０．８４であった。

【００８６】押し出したポリマーを，長さ９ｍの加熱円
筒状キャビティ中に紡糸した。本チューブの長さ全体に
わたってほぼ直線的な温度分布（勾配）を保持した。頂
部ゾーンの中心部における空気の温度は１５５℃であり
，底部ゾーンの中心部における空気の温度は５０℃であ
った。加熱チューブ出口のすぐ下の仕上ガイドと接触す
るようになるまで，マルチフィメントヤーンの束を収束
させなかった。この時点から，ヤーンは一対のゴデット
ロールによって張力制御ワインダーに送られた。このよ
うな条件下にて，異なった紡糸（巻き取り）速度で一連
の４種の紡糸ヤーンを作製した。これらのヤーンは，表
５Ａにおける例Ａ〜Ｄに示したものである。

【００８７】他の一連の実験においては，取り外し可能
なセクションのいくつかを除くことによって加熱チュー
ブを短くした。表５Ａにおける例ＥとＦは，７ｍのカラ
ムと５ｍのカラムを使用して紡糸した。異なった分子量
（異なったＩ．Ｖ．）を有する他のポリマーについても
本システムに従って紡糸して，例ＧとＨを得た。表５Ａ
の例Ｉは，低いカラム温度を使用した場合を示している
。この場合，カラムの下方に向かって１２５℃から５０
℃までの直線的な温度勾配をなしている。

【００８８】周囲温度の供給ロールと２４５℃の引取ロ
ールを使用して，例Ａ〜Ｉの紡糸ヤーンをすべて，一段
プロセスにより延伸した。

【００８９】さらに他の一連の試験においては，異なっ
た供給ロール温度を使用して，例Ａに記載したのと同じ
紡糸ヤーンを延伸した。これらのヤーンを試験して得ら
れた結果を表５Ｂの例Ａ，Ｊ，及びＫに示す。

【００９０】表５Ａ

【００９１】

【００９２】表５Ｂ

【００９３】

【００９４】実施例６ 以下の実験においては，従来のポリマー（ナイロン）を
本発明のプロセスに従って紡糸し，従来のプロセスによ
って作製したものと比較した。

【００９５】本発明のプロセスにより作製したナイロン
を，次のような条件下にて紡糸した：押出量−３７ポン
ド／時；紡糸速度−２，３６２ｆｐｍ；デニール−３５
００；フィラメント数−６８；紡糸液の相対粘度−３．
２１（Ｈ２ＳＯ４　）又は６８．４（ＨＣＯＯＨ当量）
；冷却空気−７２ｓｃｆｍ；巻き取り張力−８０ｇ；カ
ラム長さ−２４フィート；頂部カラム温度−２４０℃；
底部カラム温度−４８℃。このヤーンの紡糸したままの
特性は次の通りである：テナシティ−０．９５ｇｐｄ；
伸び−２３５％；ＴＥ１／２　−１４．６。次いで，ヤ
ーンを次のような条件下で延伸した：延伸比−３．０３
；延伸温度−９０℃。延伸したヤーンの特性は次の通り
である：テナシティ−６．２ｇｐｄ；伸び−７０％；Ｔ
Ｅ１／２　−５２；１０％モジュラス−０．８７ｇｐｄ
；４００°Ｆの高温空気による収縮（ＨＡＳ）−１．４
％。

【００９６】ある１種の比較用ナイロンを次のような従
来条件にて紡糸した：押出量−２３．４ポンド／時；紡
糸速度−８４３ｆｐｍ；デニール−５５５６；フィラメ
ント数−１８０；紡糸液の相対粘度−３．３（Ｈ２　Ｓ
Ｏ４　）又は７２．１（ＨＣＯＯＨ当量）；冷却空気−
１５０ｓｃｆｍ。次いで，このヤーンを以下のような条
件下で延伸した：延伸比−２．０１；延伸温度９０℃。 延伸ヤーンの特性は次の通りである：テナシティ−３．
８ｇｐｄ；伸び−８９％；ＴＥ１／２　−３３；１０％
モジュラス−０．５５ｇｐｄ。

【００９７】さらに別の比較用ヤーンを次のような従来
条件にて紡糸した：押出量−５７．５ポンド／時；紡糸
速度−１０４８ｆｐｍ；デニール−１２４００；フィラ
メント数−２４０；紡糸液の相対粘度−４２（ＨＣＯＯ
Ｈ当量）；冷却空気−１５０ｓｃｆｍ。次いで，このヤ
ーンを以下のような条件下で延伸した：延伸比−３．６
０；延伸温度１１０℃。延伸ヤーンの特性は次の通りで
ある：テナシティ−３．６ｇｐｄ；伸び−７０％；ＴＥ
１／２　−３０．１；１０％モジュラス−０．８ｇｐｄ
；ＨＡＳ（４００°Ｆ）−２．０％。

【００９８】実施例７ 以下の実験においては，低いＩ．Ｖ．（例えば０．６３
）と高いＩ．Ｖ．（例えば０．９２）を有する従来のポ
リエステル（すなわちＰＥＴ）紡糸ヤーンを，米国特許
第４，１３４，８８２号に記載の紡糸ヤーンと比較した
。例１〜８は低Ｉ．Ｖ．ポリエステル（ＰＥＴ）であり
，実施例１に記載の方法で作製したものである。例９〜
１１は高Ｉ．Ｖ．ポリエステル（ＰＥＴ）であり，実施
例５に記載の方法で作製したものである。例１２〜１７
は，米国特許第４，１３４，８８２号の例１，５，１２
，１７，３６，及び２０に相当する。

【００９９】各例について，紡糸速度（ｆｐｍ），密度
（ｇｍｓ／ｃｃ），結晶サイズ（Å，０１０），ロング
・ピリオド・スペーシング（ＬＰＳ），複屈折，結晶複
屈折，及び非晶質複屈折が示してある。得られた結果を
表７に示す。

【０１００】表７

【０１０１】

【０１０２】本発明の好ましい実施態様について詳細に
説明してきたが，当技術者にとっては，本発明の精神と
範囲を逸脱することなく種々の変形が可能であることは
言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の紡糸プロセスを示した概略立面図であ
る。

【図２】本発明の延伸プロセスを示した概略立面図であ
る。

【符号の説明】

１２　　押出機 １４　　紡糸ビーム １６　　紡糸パック １７　　エア・スパージャー １８　　細長いカラム １９　　有孔円錐台 ２０，２３　　仕上剤アプリケーター ２１　　弁付き排気口 ２２　　ゴデットロール ２４　　張力制御ワインダー

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　（ａ）　　溶融紡糸可能な有機合成ポ
   リマーを紡糸口金を通して押し出す工程； （ｂ）　　紡糸口金から得られるフィラメントを細長い
   区画に通す工程； （ｃ）　　前記区画内の約３メートル以上の距離にわた
   って，前記フィラメントを前記ポリマーのガラス転移温
   度より高い温度に保持する工程；及び （ｄ）　　前記フィラメントを収束する工程；の各工程
   を含む，溶融紡糸可能な有機合成ポリマーの紡糸方法。
2. 【請求項２】　　収束後に前記フィラメントを巻き取る
   工程をさらに含む，請求項１記載の紡糸方法。
3. 【請求項３】　　紡糸口金から得られる前記フィラメン
   トが単位フィラメント当たり３〜２０のスパンデニール
   を有するよう前記フィラメントを紡糸する工程をさらに
   含む，請求項１記載の紡糸方法。
4. 【請求項４】　　前記フィラメントが紡糸口金を離れた
   ときに前記フィラメントを高温ガスで冷却する工程をさ
   らに含む，請求項１記載の紡糸方法。
5. 【請求項５】　　２６０℃以下の温度を有する高温ガス
   で前記フィラメントを冷却する工程をさらに含む，請求
   項４記載の紡糸方法。
6. 【請求項６】　　２３０℃の温度を有する高温ガスで前
   記フィラメントを冷却する工程をさらに含む，請求項５
   記載の紡糸方法。
7. 【請求項７】　　紡糸口金から得られる前記フィラメン
   トを少なくとも約５メートルの長さを有する細長い区画
   に通す工程をさらに含み，このとき前記区画内の温度が
   ，前記区画の長さ全体にわたって，最高温度であるポリ
   マーの紡糸温度から最低温度である周囲温度まで調節さ
   れる，請求項１記載の紡糸方法。
8. 【請求項８】　　紡糸口金から得られる前記フィラメン
   トを細長い区画に通す工程をさらに含み，このとき前記
   区画内の温度が，紡糸口金近位の約１５５℃から紡糸口
   金遠位の約５０℃まで調節される，請求項７記載の紡糸
   方法。
9. 【請求項９】　　紡糸口金から得られる前記フィラメン
   トを細長い区画に通す工程をさらに含み，このとき前記
   区画内の温度が，紡糸口金近位の約１５５℃から紡糸口
   金遠位の約５０℃まで調節され，前記近位箇所と遠位箇
   所との間の温度がほぼ直線的に低下している，請求項８
   記載の紡糸方法。
10. 【請求項１０】　　紡糸口金から得られる前記フィラメ
    ントを約５〜９メートルの範囲の長さを有する細長い区
    画に通す工程をさらに含む，請求項１記載の紡糸方法。
11. 【請求項１１】　　１分当たり少なくとも５，０００フ
    ィートの割合で前記フィラメントを巻き取る工程をさら
    に含む，請求項２記載の紡糸方法。
12. 【請求項１２】　　１分当たり約５０００〜１９０００
    フィートの割合で前記フィラメントを巻き取る工程をさ
    らに含む，請求項２記載の紡糸方法。
13. 【請求項１３】　　１分当たり約１０，５００〜１３，
    ５００フィートの割合で前記フィラメントを巻き取る工
    程をさらに含む，請求項２記載の紡糸方法。
14. 【請求項１４】　　紡糸口金から得られる前記フィラメ
    ントを４つの部分に分けられた前記細長い区画に通した
    後に，前記フィラメントを１分当たり１４，０００フィ
    ート以上の割合で巻き取る工程をさらに含み，このとき
    紡糸口金に隣接した第１の部分の温度が約１０５〜１１
    ０℃の範囲の温度であり；前記第１の部分に隣接した第
    ２の部分の温度が約１１０〜１１５℃の範囲の温度であ
    り；前記第２の部分に隣接した第３の部分の温度が約１
    ２５〜１３０℃の範囲の温度であり；そして前記第３の
    部分に隣接した第４の部分の温度が約１１５〜１２０℃
    の範囲の温度である，請求項２記載の紡糸方法。
15. 【請求項１５】　　（ａ）　　溶融紡糸可能な有機合成
    ポリマーをフィラメント形成手段を通して押し出す工程
    ；（ｂ）　　少なくとも５メートルの長さを有する細長
    い区画を供給し，前記フィラメント形成手段から得られ
    る前記フィラメントを前記細長い区画に通す工程；及び
    （ｃ）　　前記フィラメントを収束する工程；の各工程
    を含む，溶融紡糸可能な有機合成ポリマーの紡糸方法。
16. 【請求項１６】　　（ａ）　　溶融紡糸可能な有機合成
    ポリマーをフィラメント形成手段を通して押し出す工程
    ；（ｂ）　　細長い区画内の温度を所定の最高温度から
    所定の最低温度まで調節するための手段を有する細長い
    区画を供給し，前記フィラメント形成手段から得られる
    前記フィラメントを前記細長い区画に通す工程；及び（
    ｃ）　　前記フィラメントを収束する工程；の各工程を
    含む，溶融紡糸可能な有機合成ポリマーの紡糸方法。