JPS6014121B2 - 特殊配向繊維の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維長方向および繊維径方向に特殊な分子酉
己向および結晶配向を有するポリエステル系またはポリ
アミド系繊維の製造方法に関する。

従来から得られているポリエステル系またはポリアミド
系繊維は、その製造上、繊維長方向に対して比較的均質
な状態であり、天然繊維に見られるような構造的、形態
的な不均一さを有しない。即ち、例えば羊毛繊維では繊
維直径方向にイヒ学的組成および物理的構造の異なる多
層構造をもっと共に、繊維長方向にスケールと呼ばれる
鱗片状の不連続構造を有する。このため、羊毛繊維の染
色品は深みのある色調が得られると共に、繊維製品を製
造する過程の各種熱処理により、独得な巻縮を発現した
り、繊維の繊密なからみ合いによる縦級性を発揮して、
嵩高で柔軟でありながら反発弾性に富む、優れた風合の
製品となる。一方、従来から得られているポリエステル
系あるいはポリアミド系繊維は、機械的強度、寸法安定
性、耐化学薬品性等天然繊維では達し得ないような優れ
た機能特性をもつて、繊維製品用素材としての確固たる
位置を占めるようになったが、この反面、製法上、紙糸
あるいは延伸等いずれの工程でも繊維長方向に均質化を
助長する傾向にあり、通常の手段では天然繊維にみられ
るような複雑な不均一さをもち得ず、このため天然繊維
に親しまれてきた風合・色調等の優れた蕃美特性や、繊
維製品製造過程における各種工程通過性等に問題を内蔵
し、ひいてはその汎用性を自ら制約しているきらいがあ
る。

ポリエステル系あるいはポリアミド系繊維において、こ
の点を解決すべく種々の技術が提案されているが、未だ
満足すべきものはない。

例えば、羊毛のスケールの効果を目的として繊維長方向
に微細な凹凸を付与する方法として、特公昭３９−２２
０３５号公報、同４２一８７３１号公報、同４６−２６
８８７号公報、４８−１７２０５号公報等の諸技術が提
案されているが、これらはいずれも繊維の幾何学的特性
のみに着目したものであり、形態的効果しか期待できな
い。また、延伸むらを利用してシック・アンド・シンャ
ーソを製造する方法として、特公昭４１−６６１５号公
報、同４２−２５４８計号公報、同４５一３４７６８号
公報、４８一１２０８６号公報等の技術が提案されてい
るが、これらでは濃淡染着差による特殊な色彩効果しか
望めない。また他の公知例としては、膨潤作用を利用し
てポリアミ日こ天然の羊毛風合を発現させる技術がある
（特公昭１６−３６０４号公報）。

しかしこの方法では繊維の内部まで膨潤剤が浸透し、羊
毛の多層構造を具現することはできないという不都合が
あった。さらに本発明者らは既に特願昭５１一５０３７
８号において、極低温延伸処理による二層構造糸を提案
したが、本発明はこれを利用して、さらに顕著なこ層構
造糸を提案するものである。

本発明者等は羊毛等獣毛織雛における物理的および幾何
学的構造が、その製品において優れた審美的、機能的性
能発揮におよぼす各種要因について解析した結果、繊維
内部構造的な不均質さが必須要件であることを確認し、
ポリエステル系およびポリアミド系繊維にこの特性を付
与すべく鋭意研究の末、本発明の完成に到ったものであ
り、本発明における目的は以下に示す通りである。

即ち、本発明の目的は、内層部が高い後屈折を有し、か
つ表層部が低い複屈折部分を繊維長方向に沿って間欠的
に有するポリエステル系またはポリアミド系繊維の製造
方法を提供することにある。本発明の他の目的は、各種
加熱処理により、繊維長方向に羊毛繊維のスケール様の
凹凸や捲縞を発現し、繊維間方向には大きな排除体積を
もって繊維集合体に嵩耐性を付与でき、かつ繊維並列方
向には繊維間摩擦係数を増大せしめて、繊維間の拘束力
を大ならしめる能力を潜在的に有するポリエステル系ま
たはポリアミド系繊維の製造方法を提供することにある
。

本発明の更に他の目的は、繊維長方向に沿って凹凸のあ
る不均一な繊維直径を有し、繊維内層部および凹部の表
層部が高い複屈折を有し、かつ凸部の表層部が低い複屈
折を有するポリエステル系またはポリアミド系繊維の製
造方法を提供することにある。

本発明は上記諸目的を達成せんとするものであって、次
の構成を有する。

すなわち本発明は、予備的に配向され、かつ結晶化度が
低いポリエステル系またはポリアミド系繊維未延伸糸を
、該繊維未延伸糸のガラス転移温度Ｔｇ（℃）における
破断伸度の３０％乃至７０％までの延伸倍率で延伸する
に際し、該繊維未延伸糸の２６０における溶解度パラメ
ーターが、８．０乃至１０．０である有機冷却媒体の一
種類またはこれらの混合物に糸が実質的に接触している
状態下で、かつ該有機冷却媒体中に設置した冷ピンを用
いて、該未延伸糸を次式Ｔｍ＜ＴミＴｇ一５０ （但し、Ｔｍ（℃）は有機冷却媒体の融点。

）を満足する延伸温度Ｔ（００）で延伸し、しかる後自
由収縮率の２０％以上の収縮を許容する張力下で弛緩熱
処理することを特徴とする特殊配向繊維の製造方法であ
る。以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の目的とする特殊配向繊維の配向度分布の例を、
第３図に繊維の側断面の模式図として示す。

第３図Ｄは、繊維長方向に沿って見掛け上掲一な繊維直
径を有する繊維であり、Ｅ‘ま繊維長方向に沿って凹凸
のある不均一な繊維直径を有する繊維の場合であって、
いずれにおいても、１は低い複屈折部分、２は高い複屈
折部分を示す。本発明はポリエステル系またはポリアミ
ド系繊維未延伸糸を用いるが、ここでポリエステル系繊
維とは、繊維形成性熱可塑性芳香族ポリエステルを主構
成成分とする繊維であり、特にポリエチレンテレフタレ
ート系繊維、ポリプチレンテレフタレート繊維、ポリエ
チレンナフタレート系繊維、ポリ（Ｐ−オキシベンゾェ
ート）系繊縦、ポリ（Ｐ一（２ーヒドロキシエチル）オ
キシベンゾエート）系綴縦等が適する。またポリアミド
系繊維とは、繊維形成性熱可塑性脂肪族ポリアミドを主
構成成分とする繊維であり、特にナイロン６系繊縄、ナ
イロン６６系繊縦、ナイロン６・１０系繊維、ナイロン
１２系綴総等が適する。本発明に用いるポリエステル系
またはポＩＪアミド系繊維未延伸糸は、予備的に配向さ
れており、かつ結晶化度が低いことが必要であるが、配
向の程度をそれぞれの繊維未延伸糸の平均的後屈折で示
すと、ポリエステル系では血×１０‐３〜４０×１０‐
３の範囲内が望ましく、またポリアミド系では２０×１
０‐３〜４０×１０‐３の範囲内が望ましい。

更に、繊維未延伸糸の結晶化度は、密度法による値とし
てポリエステル系では１５％以下、ポリアミド系では２
０％以下が望ましい。これら繊維未延伸糸の配向度およ
び結晶化度は、後述する条件下での延伸工程において、
延伸性および本発明の目的とする特殊な配向度分布の達
成の成否を左右するものであり、複屈折が上記範囲より
小さい場合、または結晶化度が上記範囲より大きい場合
には、本発明の条件下での延伸は実質的に不可能であり
、ほとんど延伸できないか、または糸切れが多発する。
一方、複屈折が上記範囲より大きい場合には、本発明の
条件下での延伸は可能であるが、目的とする特殊な配向
度分布を有する繊維は得られず、通常の加熱延伸糸ある
いは常温延伸糸と同様、繊維直径方向に対して均質な配
向度を有する繊維となる。本発明で使用する繊維未延伸
糸は予備的に配向されており、かつ結晶化度が低い織総
禾延伸糸であって、これはポリエステル系またはポリア
ミド系重合体を高速巻取り紡糸することにより得られる
。

この場合、重合体の化学的組成、重合度、鮫糸時の吐出
量、織度等によりそれぞれ異なるが、一般には、紙糸時
の巻取り速度がポリエステル系では１８００〜４０００
の／分、またはポリアミド系では１５００〜４５００ｍ
／分の範囲内にある未延伸糸が適する。また、他の方法
としては、ポリエステル系またはポリアミド系重合体を
通常の巻取り速度、即ち５００〜１４００机／分で紙糸
して得られる未延伸糸を、結晶化度の上昇を抑制しなが
ら１．２〜３．抜群こ部分延伸することによっても得ら
れる。

次に、上記繊総未延伸糸を、２５℃における溶解度パラ
メーターが８．０乃至１０．０である有機冷却媒体（以
下有機液体という）有機液体の単独または混合物に実質
的に接触している状態下で、繊維未延伸糸のガラス転移
温度より少なくとも５０ｏｏ低い温度で延伸するのであ
るが、本発明において、該有機液体の使用および延伸の
温度条件は重要な要素である。

即ち、本発明の主目的とする内層部が高い後屈折を有し
、かつ表層部が低い複屈折部分を繊維長方向に沿って間
欠的に有するような特殊な配向度分布が達せられる要因
は、延伸過程において、繊維内層部と繊維表層部との間
に延伸性の差を生じせしめることにある。

一般にポリエステル系またはポリァミド系繊維未延伸糸
を延伸するに際しては、該繊維糸は延伸熱を発生し、こ
の熱および必要に応じて外部から加えられる熱によって
、重合体分子の運動を助けながら均一な延伸を達するが
、本発明の方法によれば、繊維内層部では、発生する延
伸熱により延伸性が高いのに対し、繊維表層部では、外
部からの冷却により重合体分子の運動が抑制されて延伸
性が低くなる。ここで、上記有機液体は、本発明に用い
るポリエステル系またはポリアミド系繊維未延伸糸に対
して、著しく親和性が優れており、このため外部から冷
却されて延伸が抑制されている繊維表層部に延伸応力の
集中点を生じて、表層部に間欠的な延伸が起こる。しか
るに、延伸に関わる短時間内ではこれらの有機液体は繊
維内層部にまで浸透し得ず、従って、繊維内層部には間
欠的な応力集中点を生じないのと、繊維内層部と繊維表
層部との間には物質移動が起こり得ないため、繊維内層
部における均一な延伸性に対して、繊維表層部では不均
一な延伸がおこなわれ、この結果、分子および結晶酉己
向性は、繊維内層部では均質かつ比較的高いものとなり
、繊維表層部では低い部分を繊維長方向に沿って間欠的
に有し、場合によっては凹凸をもつ繊維を得る。従って
本発明においては、上記綴総禾延伸糸のガラス転移温度
より少なくとも５０００低い温度で延伸することが必須
の要件であり、ガラス転移温度付近乃至はそれ以上の温
度で延伸した場合には、繊維直径方向および繊維軸方向
に対して均質な配向度を有する繊維となり、また、ガラ
ス転移温度より３０ｏｏ乃至５０午０低い温度の領域で
延伸した場合には、繊維直径方向に対しては均質な配何
度を有し、繊維軸方向に対しては高配向度部と低配向度
部、即ち、延伸部と未延伸部とを交互に有する、いわゆ
るシック・アンド・シンヤーンとなり、本発明の目的と
するような繊維は得られない。また、該有機液体の融点
以下では、上記繊総未延伸糸に対する作用がないため、
目的とする繊維は得られない。本発明に使用する有機液
体は、上記の如く繊維未延伸糸の延伸に際し、繊維表層
部に間欠的な応力集中点を作る作用があり、繊維との親
和性が優れている必要がある。

２５午０における溶解度パラメーターが８．０乃至１０
．０である有機液体はこれを満足するものであり、この
範囲外の有機液体を用いた場合には、後記実施例および
比較例に記載の如く、本発明の目的とする特殊な配向度
分布を有する繊維は得られず、単に冷却延伸を超こなっ
た場合と同様繊維軸方向、繊維直径方向ともに均一な配
向を有する繊維、またはシック・アンド１シャーンにな
る。本発明でいう溶解度パラメーターとは、たとえば「
化学便覧」応用線（日本化学協会緑、昭和４ぴ羊１０月
２５日、丸善株式会社発行）等によりよく知られている
。本発明に適する有機液体としては、上記範囲を満足す
るものであれば特に限定しないが、例を挙げて示せば、
アセトン、メチルエチルケトン、メチルィソブチルケト
ン、ギ酸エチル、エチレングリコールジメチルェーテル
、塩化メチレン、ク。

ロフオルム、四塩化炭素、１・２ージクロロェタン、１
・１・１−トリクロロヱタン、１・１・２・２ーテトラ
クロロエタン、１・２−ジクロロエチレン、トリクロロ
エチレン、テトラクロロエチレン、ベンゼン、クロロベ
ンゼン、０−ジク０ロベンゼン、トルェン、Ｑ−ピコリ
ン等が挙げられる。特にアセトン、メチルエチルケトン
、メチルィソブチルケトン等アセチル基を有するケトン
類は延伸性、取扱い等の面で好ましい。次に、延伸倍率
は、上記繊維未延伸糸のガラス転移温度における被断伸
度の３０％乃至７０％までの範囲内である必要がある。

上記より低い延伸倍率で得た繊維は、構造的には本発明
の意図する特殊な配向分布に近い構造を有するが、熱収
縮率が異常に高く、例えば、沸騰水中で７０乃至１００
％収縮し、かつ収縮後の強度が著しく低く、実用的でな
い。一方、上記より高い延伸倍率では、延伸応力が大き
いため繊維表層部における延伸性の分配が不可能となり
、均一な延伸が起こって繊維直径方向および繊維軸方向
に対してほぼ均質な配向度を有する繊維となる。以上に
詳述した条件下で、上記繊維末延伸糸を延伸することに
より、本発明の目的とする繊維を得るが、更に、上記の
如き条件下で延伸した後、該繊維のガラス転移点以上融
点以下の温度で弛緩熱処理して得られる繊維も、弛緩熱
処理前と同様、内層部が高い複屈折を有し、かつ表層部
が低い複屈折部分を繊維軸方向に沿って間欠的に有し、
また場合によっては凹凸を有する繊維となる。

ここで弛緩熱処理とは、繊維の熱収縮を許容する加熱処
理であり、熱処理後の繊維長が少なくとも熱処理前の繊
維長より小さくなるような張力下での加熱処理を示す。
従って前記条件下で延伸した繊維が、それぞれの加熱条
件下で有する自由収縮率（無荷重下収縮率）の２０％以
上の収縮を許容するような張力乃至は無張力下で熱処理
を施すことが必要である。本発明の方法により延伸した
繊維は、前記詳述の如く繊維内層部と繊維表層部とに異
なる配向度分布を有するが、緊張下、特に上記自由収縮
率の２０％より小さい収縮しか許容しない張力下乃至は
、更に、伸長を伴なうような大きな張力下で加熱処理を
施した場合には、分子運動の活発化により、繊維表層部
の低配向度部分が、高配向度部分に対して優先的に配向
の進行をきたし、全体的に均質化する。これに対し、自
由収縮率の２０％以上の収縮を許容する張力下乃至無張
力下では、熱処理により全体的な配向度および結晶化度
は上昇するが、配向度の均質化は起こらない。かつ、こ
の条件下では全体的な収縮と共に独得な捲縮および凹凸
を発現するか、または延伸時発生した凹凸の高低差が大
きくなる。なお、弛緩熱処理の方法は乾熱、湿熱、蒸熱
等一般に採り得るいずれの方法でもよい。本発明の方法
により得られるポリエステル系またはポリアミド系繊維
は、繊維の内層部と表層部とで異なる複屈折を有するが
、繊維の内層部と表層部との複屈折は、日本公開特許公
報、特開昭４８−３５１１２（昭和４８王５月２３日公
開）の１２ページから１３ページに「示差的複屈折」と
して定義されている方法に準じて測定できる。

具体的には、試料繊維を物理的および化学的に変化させ
ることなく、かつ試料繊維の屈折率より小さい屈折率お
よび大きい屈折率を有する２種の浸債液を選び、これら
の浸簿液中に試料繊維を浸潰して、透過干渉顕微鏡によ
り干渉縞のずれた像を写真撮影し、この干渉縞のずれか
ら繊維直径方向の各位層における複屈折を測定する。ま
た、本発明においては、繊維の各部分における半径をｒ
とすると、繊維内層部の複屈折とは、繊維径の中心から
略０．８ｒの位贋までを占める部分で上記の方法により
測定した複屈折を示し、また繊維表層部の複屈折とは、
繊維径の中心から略０．功の位置よりも外側を占める部
分で測定した複屈折を示すものとする。以下、実施例お
よび比較例を挙げて説明する。実施例１および比較例１ 常法に従い製造したポリエチレンテレフタレート重合体
を、巻取速度２７００の／分で高速巻取り紡糸して得た
１７０デニール・１２フィラメントのポリエステル繊維
禾延伸糸（平均複屈折２４×１０‐３、密度法結晶化度
１０％、ガラス転移温度８１℃、ガラス転移温度におけ
る破断伸度２２０％）を、■９０℃の＊熱ピン、■２０
℃の常温ピン、■〜■についてはドライアイスで冷却し
たアセトン（２５ｑｏにおける溶解度パラメーター９．
８）中に設置した場合に■２０℃、■０℃、■−２０ｏ
ｏ、■−６び０の冷ピンをそれぞれ用いて、延伸速度１
５０凧／分で延伸倍率１．７倍、２．ぴ音、２．３音お
よび２．所期こ延伸して、ポリエステル繊維延伸糸を得
た。

これらの延伸糸を本文中に記載した如く、屈折率の異な
る２種類の浸債液中で、左ｉｓｓ社製透過干渉顕微鏡を
用いて干渉縞のずれから、繊維直径方向に沿って複屈折
を測定した。この結果を第１表にまとめて示す。第 １
表×は糸切れのため延伸不可 表中△ｎｓＬは表層部（０．９８）の低い複屈折部分の
複屈折、△ｎｓＨは表層部（０．９８）の高い複屈折部
分の複屈折、△ｎ川は内層部（０．３仇）の複屈折をそ
れぞれ示す。

第１表中、■の延伸倍率１．７倍および２．の音の繊維
はシック・ァンド・シンャーンとなったため、（ ）外
はシン部、（ ）内はシック部の値を示す。次に、上記
各延伸糸を織騰水で２■ご間弛緩熱処理し、熱処理前後
について表側面を光学顕微鏡で観察した。この結果、各
延伸糸は外観上次の三種類のタイプに分類されることを
確認した。即ち、タイプＡ：弛緩熱処理前後とも凹凸を
有する。

タイプＢ：弛緩熱処理前は均一な表側面を有し、弛緩熱
処理後は凹凸を有する。タイプＣ：弛緩熱処理前後とも
均一な表側面を有する。

上記三種類のタイプの繊維の代表例を、第１図および第
２図に示す。この内タイプＡおよびＢの繊維が、本発明
の目的とする繊維である。また、各延伸糸をこれらのタ
イプに分類して第２−１表にまとめて示す。なお第２−
１表中（ ）内の数値は各延伸糸を沸騰水中で弛緩熱処
理した時の自由収縮率を示す。第２−１表 更に、沸騰水中で弛緩熱処理した各延伸糸について、前
記と同様繊維直径方向に沿って複屈折を測定した結果、
いずれの延伸糸も全般的に複屈折のレベルは上昇したが
、■、■の延伸糸は弛緩熱処理前と同様、繊維内層部と
表層部との間に複屈折の差は認められなかったのに対し
、■、■、■、■の延伸糸は弛緩熱処理前と同様、繊維
内層部に比べて複屈折の低い部分を間欠的に有した。

特に、第２表中タイプＢの延伸糸は、凹部の表層部は内
層部と同様高い複屈折を有するのに対し、凸部の表層部
は低い複屈折を有した。またこの実験で得られたＡ、Ｂ
２種類のタイプの延伸糸を、１９０００、３０肌の熱板
に、順次オーバーフィード率を変えて１２０ｍ／分の速
度で接触走行させ、この時の凹凸の発現状態と糸の収縮
率（オーバーフィード率）の関係を調べた。

いずれもオーバーフィード率が高い時には得られた糸に
は凹凸が存在し、顕著な二層構造糸となったが、オーバ
ーフィード率が高くなるにつれて逐次凹凸が消失する。
凹凸が消失する限界のオーバーフィード率を第２−２表
に示す。なお（ ）内の数値は、それぞれの延伸糸の自
由収縮率に対する限界のオーバーフィード率の比を表し
た値である。第２−２表実施例２および比較例２ 実施例１および比較例１に用いたのと同様のポリエステ
ル繊維未延伸糸を、２５ｑ０における溶解度パラメータ
ーが異なる種々の有機液体中に設置した−２０００の冷
ピンを用いて、延伸速度１５０の／分で延伸倍率２．３
倍に延伸して、ポリエステル繊維延伸糸を得た。

これらの延伸糸について実施例１および比較例１の場合
と同様に、繊維直径方向に沿った複屈折の測定値および
、光学顕微鏡観察による繊維外観のタイプを第３表にま
とめて示す。この結果、２５ｏｏにおける溶解度パラメ
ーターが８乃至１０の有機液体を用いて得た延伸糸は、
本発明の目的を満足するものであったが、他はシック・
アンド・シンヤーンとなった。第 ３ 表 実施例３および比較例３ 常法に従い製造したポリエチレンテレフタレート重合体
を、種々の巻取り速度で紙糸して各１２フィラメントの
ポリエステル繊維未延伸糸を得た（第４表）。

これらの各未延伸糸を、ドライアイスを含むアセトン中
に設置した−６０００の冷ピンを用いて、延伸速度１５
０の／分で、約７５デニルになるような延伸倍率で延伸
して、ポリエステル繊維延伸糸を得た。これらの延伸糸
について実施例１および比較例１の場合と同様に、繊維
直径方向に沿った後屈折の測定値および、光学顕微鏡観
察による繊維外観のタイプを第５表にまとめて示す。こ
の結果、紡速２０００乃至４０００ｍ／分の未延伸糸か
ら得た延伸糸は、本発明の目的を満足するものであＪ．
つた。第４表 第 ５ 表 ×は糸切れのため延伸不可 ※※は単糸切れが多発し延伸性不良

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の実施例および比較例に
おける繊維表側面の代表例を示すものであり、第１図は
弛緩熱処理前、また第２図は弛緩熱処理後の繊維表側面
の外観図である。 Ａ：弛緩熱処理前後とも凹凸を有する繊維。 Ｂ：弛緩熱処理により凹凸を発現する繊維。Ｃ：弛緩熱
処理前後とも均一な表側面を有する繊維。第３図は、本
発明の目的とする繊維の配向度分布の例を示す模式図で
あり、Ｄは均一な繊維直径を有する場合、Ｅは不均一な
繊維直径を有する場合で、１は低い複屈折を有する部分
、２は高い複屈折を有する部分を示す。藁１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予備的に配向され、かつ結晶化度が低いポリエステ
   ル系またはポリアミド系繊維未延伸糸を、該繊維未延伸
   糸のガラス転移温度Ｔｇ（℃）における破断伸度の３０
   ％乃至７０％までの延伸倍率で延伸するに際し、該繊維
   未延伸糸の２５℃における溶解度パラメーターが、８．
   ０乃至１０．０である有機冷却媒体の一種またはこれら
   の混合物に糸が実質的に接触している状態下で、かつ該
   有機冷却媒体中に設置した冷ピンを用いて、該未延伸糸
   を次式Ｔｍ＜Ｔ≦Ｔｇ−５０（但し、Ｔｍ（℃）は有機
   冷却媒体の融点。 ）を満足する延伸温度Ｔ（℃）で延伸し、しかる後自由
   収縮率の２０％以上の収縮を許容する張力下で弛緩熱処
   理することを特徴とする特殊配向繊維の製造方法。