JPH07310233A - 改質ポリブチレンテレフタレート繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ポリエステル繊維の生産性を向上にしつつ、
高強度化を達成するに際し、繊維長手方向の周期斑、巻
取中や搬送中のパッケージ崩れ、あるいはパッケージが
巻取機から取外せなくなる、さらに布帛にする際、パッ
ケージからの解じょ張力の変動や編織機における張力の
変動によるヒケや段が多発する等の問題を解決する。 【構成】 エチレングリコールを１５〜５０ｍｏｌ％共
重合した改質ポリブチレンテレフタレートを、紡糸速度
７０００〜１４０００ｍ／分で溶融紡糸して得られた改
質ポリブチレンテレフタレート繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は改質ポリブチレンテレフ
タレートからなる繊維およびその製造方法に関するもの
である。更に詳しくは、力学的寸法安定性が改善された
超高速紡糸による改質ポリブチレンテレフタレート繊維
およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリエステル繊維は、機械的特性をはじ
めとして様々の優れた特性を有しているため、衣料用途
をはじめとして産業資材用途にも広く利用されている。
またこの中でも、ポリブチレンテレフタレート（以下Ｐ
ＢＴと称する）繊維は最も汎用的なポリエステル繊維で
あるポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと称す
る）繊維に比較して、伸長回復特性、柔軟性、染色性、
耐湿熱安定性などに優れており、ストッキングや、水着
などのストレッチ素材やインナーウェア、スポーツウェ
ア、ブラシ、キャンパスなどに適したポリエステル繊維
として、量的拡大や用途展開が期待される素材である。

【０００３】従来、ＰＢＴ繊維を得るためには重合体を
溶融紡糸し、次いで引伸ばす、いわゆる２工程法が一般
的であった。この方法では、溶融紡糸しただけの繊維は
その繊維の内部構造が発達しておらず、力学特性や寸法
安定性に劣るため、別工程での引伸ばしによる構造の形
成と固定を行なうものである。その延伸倍率は溶融紡糸
条件、特に引取速度に依存しており、過大な倍率設定は
糸切れや風合いの低下につながるので、延伸倍率には限
度がある。一般に、紡糸工程における生産性は単位時間
当りの吐出量に大きく依存する。所望のデニールの繊維
を得るに際し、前記した如く延伸倍率に限界があると、
未延伸繊維のデニール、すなわち紡糸の吐出量は自ずと
制限され、２工程法における生産性向上には限界があ
る。

【０００４】ところで近年、引取速度を５０００ｍ／分
以上と高速にして、引伸ばすことなく、１工程で実用的
な繊維を得る高速紡糸法が工業的に採用されつつある。
しかも、紡糸工程における生産性は単位時間当りの吐出
量に大きく依存するため、高速にすればするほど１工程
法の生産性は向上する。

【０００５】しかしながら、高速紡糸方法においても、
例えばＰＥＴ繊維などは、６０００〜７０００ｍ／分付
近の紡糸速度で実用上好ましい機械特性を示すが、さら
に高速化していくと強伸度が過度に低下し、実用上問題
を生ずる。そのため生産性向上の効果を十分に発揮する
には限界がある。この点、ポリエステル繊維の中でもＰ
ＢＴ繊維は、例えば藤本ら（繊維学会誌、Ｖｏｌ．４
４、３９４（１９８８））により示されているとおり、
紡糸速度を７０００ｍ／分以上に高速化しても適度の強
伸度が保たれる点で高速紡糸に適当な素材と考えられ
る。

【０００６】ところが、ＰＢＴ繊維の紡糸速度を７００
０ｍ／分以上に高速化していくと、巻取後の繊維が巻取
パッケージ上で収縮し、パッケージの表面や端面が膨れ
て繊維長手方向の周期斑となったり、巻取中や搬送中に
パッケージが崩れたり、パッケージが巻取終了後、巻取
機から取外せなくなるなどの問題を引起こす。さらに布
帛にする際、パッケージからの解じょ張力の変動や編織
機における張力の変動によるヒケや段が多発する等の問
題も発生する。これらの問題点の原因はＰＢＴ繊維の力
学的寸法安定性の悪さにある。すなわち図１の曲線Ｂに
示す如く、０．６ｇ／ｄ以下という低応力で降伏現象を
起こし、そのまま伸度１０％付近まで低応力で伸びるプ
ラトー領域を持つことに起因している。この現象の原因
は正確にはわからないが、ＰＢＴ結晶の応力誘起結晶変
態（α型とβ型）に起因しているといわれている。すな
わちＰＢＴ繊維を高速紡糸すると、紡糸張力が高いため
巻取糸には最初β型結晶が優勢に存在する。しかし、時
間とともにそれがα型に緩和するため上記問題点が発生
すると考えられている。

【０００７】藤本ら（繊維学会誌、Ｖｏｌ．４４、３９
４（１９８８））は、紡糸速度を１２０００ｍ／分以上
にすると、低応力で伸びるプラトー領域が観察されなく
なると述べている。しかしこの場合、紡糸速度と切断強
度の関係をみると、紡糸速度１００００ｍ／分で切断強
度がピーク値を持ち、それより高速側ではＰＥＴの場合
同様切断強度の低下が著しい。そして該プラトー領域が
観察されないのは、切断強度が低下している紡糸速度領
域である。したがって最も強伸度特性からみて好ましい
領域を、前記した実用上の欠点から利用できないという
問題があった。一方、切断強度という点では、同じく藤
本らの特開昭６３−５９４１２号公報に切断強度が５．
７ｇ／ｄ以上、伸度が１０〜２５％以下のＰＢＴ超高速
紡糸繊維の製造法が示されている。この場合、極限粘度
を１．０以下にする事および急冷する事により超高速紡
糸におけるスキン−コア構造の形成を抑制し高強度が達
成できるとしている。しかし、該プラトー領域の改善に
ついては全く記載されていない。

【０００８】ところで、特開昭６２−２７６０１７号公
報には、β型結晶を安定に存在させるために、ＰＢＴに
ＰＥＴを５〜２５重量％の割合で混合させることが記載
されている。該公報の詳細な説明（１６〜１７ページ）
では「ＰＢＴのβ型結晶は凍結した無定型ＰＥＴ部分に
よってはっきりと固定される」とある。すなわち、ＰＢ
Ｔ相とＰＥＴ相が明確に２相に分離していることに意味
があり、そのために高分子量のＰＢＴと同じく高分子量
のＰＥＴとの混合物としたものと思われる。しかしなが
ら、高分子の混合物（ポリマーブレンド）はその混合状
態を均一にすることが困難であり、特に１００００ｍ／
分を超える超高速紡糸においては混合状態の不均一性は
紡糸の安定性を阻害し、糸切れを生じ易い等の問題があ
る。

【０００９】さらにＰＢＴの高速紡糸において、例えば
特開昭６３−５０５２２号公報では第３成分を５ｍｏｌ
％以下で共重合する方法が示されているが、具体的にエ
チレングリコールの共重合比率等の特定範囲について何
等示唆がなされていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記高速紡
糸ＰＢＴ繊維の欠点を解決するため検討を重ねた結果得
られたものである。すなわち、７０００ｍ／分以上の高
速度で紡糸したときにも良好な寸法安定性を有し、かつ
高強度の改質ＰＢＴ繊維により、これら様々の問題を解
決することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、エチレング
リコールを１５〜５０ｍｏｌ％共重合した改質ポリブチ
レンテレフタレートを、紡糸速度７０００〜１４０００
ｍ／分で溶融紡糸して得られた改質ポリブチレンテレフ
タレート繊維により達成される。

【００１２】本発明でいう改質ＰＢＴとは、テレフタル
酸を主たる酸成分とし、１，４ブタンジオールおよびエ
チレングリコールを主たるジオール成分として、これら
を重縮合して得られるものである。それのエチレングリ
コール共重合比は１５〜５０ｍｏｌ％（酸成分比）であ
る。エチレングリコールの共重合比としては１５ｍｏｌ
％以上が必要であり、好ましくは２０ｍｏｌ％以上、よ
り好ましくは３０ｍｏｌ％以上共重合すれば、より力学
的寸法安定性が向上しつつ、製糸性良く、紡糸速度を高
く設定できる。

【００１３】ところで、共重合比率が高いほど、切断強
度の低下が始まる紡糸速度が高速側にシフトする。これ
から、共重合比率が高いほど生産の紡糸速度を高速に設
定できるため、生産性向上のために好ましい。さらに、
共重合した系では高速曳糸性に優れ、ＰＢＴ１００％で
は紡糸速度１６０００ｍ／分において断糸が発生したの
に対し、エチレングリコールを共重合した系では断糸は
全く発生しなかった。これは、切断強度の最大値が高速
側にシフトした効果であると推測される。また、“混
合”でなく“共重合”とするため、繊維中に均一にエチ
レンテレフタレート部分が分布した効果が大きな寄与を
していると推測される。これは、“混合”等によりエチ
レンテレフタレート部分が局在化すると、粘度が不均一
となるため製糸性が悪化する事によっている。さらに、
ＰＥＴ成分の構造形成は超高速紡糸には不向きであるた
め、混合されるＰＥＴ成分が多くなるほど紡糸速度を高
速にした場合に強度低下が著しくなると考えられるから
である。

【００１４】なお改質ＰＢＴは、ジオール成分および酸
成分の一部が各々１５ｍｏｌ％以下の範囲で他の共重合
可能な成分で置換されたものであってもよい。また、こ
れらは艶消剤、難燃剤、帯電防止剤、顔料などの添加物
を含有していてもよい。

【００１５】以下本発明の繊維について説明する。得ら
れた繊維の特性として応力−伸長曲線において、一次降
伏点での引張り応力を少なくとも１．０ｇ／ｄより大き
くすると、布帛にする際、パッケージからの解じょ張力
の変動や編織機における張力変動によるヒケや段の多発
を防ぐことができる。また、該繊維においては引張り応
力１．５ｇ／ｄにおける伸度が５％以下であれば該プラ
トー領域を持たず、繊維長手方向の周期斑、巻取中や搬
送中のパッケージ崩れ、あるいはパッケージが巻取機か
らはずせなくなる等のトラブルを防ぐことができる。さ
らに繊維の強度が４．５ｇ／ｄ以上であれば、合成繊維
として様々な用途に利用できる。

【００１６】以下、本発明の改質ＰＢＴ繊維の特徴につ
いて図面を用いて説明する。図１に本発明のエチレング
リコールを４２ｍｏｌ％共重合し１００００ｍ／分で紡
糸した改質ＰＢＴ繊維（曲線Ａ）および比較のためＰＢ
Ｔ１００％の繊維（曲線Ｂ）の応力−伸長曲線を示す。
ＰＢＴ１００％の繊維では引張り応力１．５ｇ／ｄで伸
度が１０％以上である（該プラトー領域を有する）のに
対し、本発明の繊維は引張り応力１．５ｇ／ｄでの伸度
は３％以下であり（該プラトー領域を有しない）、力学
的寸法安定性が大幅に改善されている。またＰＢＴ１０
０％の繊維はこの条件で既に降伏を起こしているのに対
し、本発明の繊維は未だ弾性領域にあり、はるかに力学
的寸法安定性に優れている。さらに本発明の繊維は一次
降伏点の応力が１．０ｇ／ｄをはるかに超えていること
も、力学的寸法安定性に大きく寄与している。加えて、
本発明の繊維は超高速紡糸領域での切断強度がＰＢＴ１
００％の繊維に比べて大幅に改善されているため、より
高速で生産する事が可能になり一層の生産効率向上が可
能になる。

【００１７】またＸ線回折測定（図２）によると、ＰＢ
Ｔ１００％の繊維（曲線Ｂ）は２θ＝４０゜付近（α型
の（−１ ０ ５）面の反射）に大きなピークが観測さ
れ、α型結晶がかなり優勢である。一方、エチレングリ
コールを共重合した本発明の繊維（曲線Ａ）は２θ＝４
０゜付近にはピークが無く，代わりに２θ＝４３゜付近
（β型の（−１ ０ ６）およびＰＥＴの（−１ ０
５）面の反射）にブロードなピークが観測される。これ
より、本発明の繊維ではα型結晶がほとんど存在してい
ない。このためα型結晶からβ型結晶への結晶変態が無
くなり、その結果該プラトー領域が消失したものと推測
できる。

【００１８】本発明の改質ＰＢＴ繊維の紡糸方法の一例
を図をもって説明する。図３において、改質ＰＢＴは溶
融された後、口金１から吐出され、チムニー２により冷
却後、口金下１ｍに設置した給油ガイド３により給油、
集束後、さらに０．５ｍ下流の交絡付与装置４により交
絡を付与して、口金下３ｍに設置した第１引取ローラ５
により７０００ｍ／分以上の速度で紡糸する。紡糸した
糸条は第２引取ローラ６を経て、張力計７により張力を
測定しつつ巻取張力が一定となるように巻取機８の回転
数を制御して巻取る。巻取張力は紡糸速度が７０００ｍ
／分では０．１〜０．３ｇ／ｄ、紡糸速度が８５００ｍ
／分では０．２〜０．４ｇ／ｄ、紡糸速度が１００００
ｍ／分では０．４〜０．６ｇ／ｄ程度とする。

【００１９】本発明で得られた改質ＰＢＴ繊維は、生糸
のままで、あるいは撚糸、仮撚加工糸として、パンス
ト、タイツ、水着、靴下などのストレッチ素材やインナ
ーウェア、スポーツウェア、ブラシ、キャンパスなどの
従来の用途、および裏地、スラックス、ブルゾン、ブラ
ウスなどの衣料用途や、リボン、テープ、ベルトなどの
資材用途に好適に用いることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。なお、実施例中の測定方法は以下の方法を用いた。

【００２１】Ａ．極限粘度［η］ オルソクロロフェノール中２５℃で測定した。

【００２２】Ｂ．応力- 伸長曲線 オリエンテック社製引張試験機で試料長２００ｍｍ、引
張速度２００ｍｍ／分の条件で荷重−伸長曲線を求め
た。次に荷重値を初期の繊度で割り、それを引張り応力
とし、伸びを初期試料長で割り伸度とした。また応力−
伸長曲線において、伸度が３％以下での最大弾性率を与
える点の接線と、その点から伸度８％までの間で最小弾
性率を与える点での接線との交点から横軸（伸度軸）に
垂線を下ろし、それが応力−伸長曲線と交わる点を一次
降伏点とした（図４）。

【００２３】Ｃ．巻取パッケージのからの解じょによる
寸法変化（収縮） まず巻取パッケージの縦方向にマジックで線を引き、そ
れから糸を解じょし、マジックの印の間の長さと巻取パ
ッケージの周長の比較から、収縮率を計算した。なお、
これ以後単に解じょ収縮率と略す。

【００２４】Ｄ．繊維長手方向の周期斑 東レエンジニアリング社製連続熱収縮斑測定システムＦ
ＴＡ−５００により、測定温度１００℃で連続湿熱応力
を測定した。糸速度は１０ｍ／分、チャート速度は６ｃ
ｍ／分とした。

【００２５】Ｅ．Ｘ線回折 以下の方法で測定した。 Ｘ線発生装置 理学電気社製 Ｘ線源：Ｃｕ−Ｋα（Ｎｉフィルター） 出 力：３５ｋＶ−１５ｍＡ ゴニオメーター 理学電気社製 スリット系：２ｍｍφピンホールコリメーター １゜−１゜ 検 出 器：シンチレーションカウンター スキャン ２θ／θスキャン 測定範囲：子午線方向 ２θ＝１０〜５５゜（０．０５゜毎） 積算時間：２秒 実施例１ 酸成分としてテレフタル酸、ジオール成分として１，４
−ブチレンジオールおよびエチレングリコールを常法に
より重縮合し、改質ＰＢＴを得た。これのテレフタル酸
に対するエチレングリコールのｍｏｌ％を表１に示す。
この改質ＰＢＴを溶融し、絶対濾過径５μのステンレス
製不織布フィルタにより濾過した後、孔径０．２５ｍ
ｍ、孔長０．４ｍｍ、孔数１２の口金１から吐出した。
紡糸温度は２６５℃、吐出量は単糸繊度２ｄになるよう
に調整した。吐出した糸条は、図３に示すように、吐出
後、風速１０ｍ／分の室温の空気を、長さ１．０ｍのチ
ムニー２から吹き出して冷却後、口金下２ｍに設置した
給油ガイド３により給油、集束した。さらに２ｍ下流に
設置した交絡付与装置４により交絡を付与して、口金下
４ｍに設置した第１引取ローラ５により表１に示す速度
で引取った。さらに第２引取ローラ６を経て、張力計７
により測定する巻取張力が一定となるように巻取機８の
回転数を制御して、実験Ｎｏ１〜１２の改質ＰＢＴ繊維
のパッケージを得た（１ｋｇ）。第１引取ローラ５と第
２引取ローラ６の速度は同一とし、紡糸速度として表１
に示す。得られた繊維の一次降伏応力値および引張り応
力１．５ｇ／ｄにおける伸度（表１では1.5g/d伸度とし
て表記した）を表１に示す。またエチレングリコール４
２ｍｏｌ％共重合で紡糸速度１００００ｍ／分（実験Ｎ
ｏ３）の繊維の応力−伸長曲線を図１の曲線Ａに、紡糸
速度１２０００ｍ／分の繊維（実験Ｎｏ２）の子午線方
向のＸ線回折パターンを図２の曲線Ａに示す。

【００２６】

【表１】 比較例１ エチレングリコールの割合が７ｍｏｌ％の共重合ＰＢＴ
である以外は実施例１と同様の条件で溶融紡糸し、実験
Ｎｏ１３〜１６の共重合ＰＢＴ繊維を得た。それの紡糸
速度力学特性を表２に示す。

【００２７】

【表２】 比較例２ 主鎖の繰り返しがブチレンテレフタレートのみからなる
ＰＢＴである以外は実施例１と同様の条件で溶融紡糸
し、実験Ｎｏ１７〜２０のＰＢＴ繊維を得た。それの紡
糸速度力学特性を表３に示す。また、紡糸速度１０００
０ｍ／分の繊維（実験Ｎｏ１９）の応力−伸長曲線を図
１の曲線Ｂに、紡糸速度１２０００ｍ／分の繊維（実験
Ｎｏ１８）の子午線方向のＸ線回折パターンを図２の曲
線Ｂ示す。

【００２８】

【表３】 比較例３ 主鎖の繰り返しがブチレンテレフタレートのみからなる
ＰＢＴにＰＥＴを１７重量％（２０ｍｏｌ％相当）をチ
ップ状態で混合したものを使用した他は、実施例と同様
の条件で溶融紡糸をした。しかしこの時は口金孔で曲り
やピクツキがみられ紡糸安定性が非常に悪かった。特に
紡糸速度１００００ｍ／分以上で、製糸性が極端に悪化
し糸切れが多発した。

【００２９】実験Ｎｏ１〜１２が本発明、それ以外は比
較例であるが、これからわかるように、ＰＢＴのみから
なる繊維は紡糸速度が７０００ｍ／分以上の場合、本発
明の繊維の力学特性を有さなかった。そのため、解じょ
収縮率が６％以上と高く巻取機からパッケージを取外す
ことができなかった。

【００３０】エチレングリコールの共重合比が７ｍｏｌ
％のものは、解じょ収縮率が３％程度であり巻取機から
パッケージを取外すことができたものの、本発明の力学
特性は有していなかった。本発明のものは解じょ収縮率
が０．５％以下であり問題なく取外すことができた。こ
れ以外に、繊維長手方向の周期斑を測定したところ、解
じょ収縮率が３％より大きいのものにはパッケージの端
面周期斑がはっきりと現れたが、解じょ収縮率が３％以
下のものは周期斑ははっきりとは認められなかった。

【００３１】また、紡糸速度が７０００ｍ／分以上の場
合、ＰＢＴ繊維の強度はポリエチレンテレフタレート繊
維に対して、高くなることがわかる。また紡糸速度を８
５００ｍ／分以上、さらには１００００ｍ／分以上とす
ることで強度をさらに向上させることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の繊維を採用することにより、従
来技術の欠点であったＰＢＴ繊維の紡糸速度を７０００
ｍ／分以上に高速化していったときの、繊維長手方向の
周期斑、巻取中や搬送中のパッケージ崩れ、あるいはパ
ッケージが巻取機から取外せなくなる、さらに布帛にす
る際、パッケージからの解じょ張力の変動や編織機にお
ける張力の変動によるヒケや段が多発する等の問題を解
決でき、ポリエチレンテレフタレート、さらにポリブチ
レンテレフタレート１００％に対しても、生産性を向上
しつつ、高強度化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の繊維および比較例の応力−伸長曲線
を示す図である。

【図２】 本発明の繊維および比較例のＸ線回折の様子
を示す図である。

【図３】 溶融紡糸方法の一例を示す図である。

【図４】 応力−伸長曲線における一次降伏点の説明図
である。

【符号の説明】

１：口金 ２：チムニー ３：給油ガイド ４：交絡付与装置 ５：第１引取ローラ ６：第２引取ローラ ７：張力計 ８：巻取機

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エチレングリコールを１５〜５０ｍｏｌ％
   共重合した改質ポリブチレンテレフタレートを、紡糸速
   度７０００〜１４０００ｍ／分以上で溶融紡糸して得ら
   れた改質ポリブチレンテレフタレート繊維。
2. 【請求項２】紡糸速度８５００ｍ／分以上で溶融紡糸す
   る事を特徴とする請求項２記載の改質ポリブチレンテレ
   フタレート繊維。
3. 【請求項３】エチレングリコールを１５〜５０ｍｏｌ％
   共重合した改質ポリブチレンテレフタレートを紡糸速度
   ７０００〜１４０００ｍ／分で溶融紡糸して得られた繊
   維の応力−伸長曲線における一次降伏点での引張り応力
   が１．０ｇ／ｄよりも大きく、かつ引張り応力１．５ｇ
   ／ｄにおける伸度が５％以下、切断強度が４．５ｇ／ｄ
   以上である改質ポリブチレンテレフタレート繊維。
4. 【請求項４】引張り応力１．５ｇ／ｄにおける伸度が３
   ％以下である請求項３記載の改質ポリブチレンテレフタ
   レート繊維。
5. 【請求項５】紡糸速度８５００〜１４０００ｍ／分で溶
   融紡糸した請求項３記載の改質ポリブチレンテレフタレ
   ート繊維。
6. 【請求項６】切断強度が５．０ｇ／ｄ以上である請求項
   ３記載の改質ポリブチレンテレフタレート繊維。