JPS6024852B2 - Manufacturing method for high modulus and high strength fibers - Google Patents

Manufacturing method for high modulus and high strength fibers

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JPS6024852B2
JPS6024852B2 JP8586579A JP8586579A JPS6024852B2 JP S6024852 B2 JPS6024852 B2 JP S6024852B2 JP 8586579 A JP8586579 A JP 8586579A JP 8586579 A JP8586579 A JP 8586579A JP S6024852 B2 JPS6024852 B2 JP S6024852B2
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temperature
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章泰 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、新規な高弾性率、高強度繊維の製造法に関す
るものであり、さらに詳細には、公知のポリマーからな
る非晶質あるいは可能な限り低結晶性の原繊維をゾーン
延伸、ゾーン熱処理することによって、完全伸び切結晶
にきわめて類似した構造を有する新規な高踏性率、高強
度繊維の製造に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a novel method for producing high modulus, high strength fibers, and more particularly, to a method for producing novel high modulus, high strength fibers, and more particularly to amorphous or as low as possible crystalline raw materials made of known polymers. The present invention relates to the production of novel high-strength, high-strength fibers having a structure very similar to fully stretched truncated crystals by zone drawing and zone heat treatment of the fibers.

近年、高弾性率、高強度繊維の製造に関する研究が非常
に活発になっている。
In recent years, research on the production of high modulus and high strength fibers has become very active.

それらの研究を大別すると、新ポリマーの探索の研究と
汎用ポリマーの高次構造再編成の研究とに分けられる。
前者については、ケプラー(Keviar)繊維(たと
えば米国特許第3,671,542号、米国特許3,6
00,35び号明細書など)の開発がその典型的な例で
あるが、その他については非常に多種類のポリマーの合
成に関する報告があるにもかかわらず、原料コスト面、
卓越した特性の要求、需用の確保など多くの要求事項が
満されねばならぬため、その工業化に成功する確率はき
わめて小さい。一方、後者については、高圧押出成型(
たとえばジヤーナル オブ ポリマーサイヱンス、ポリ
マーフイジツクスエデツション(J.PoMm.Sci
,Polym.phys.Ed.)12,635〔19
74〕など)、高速紡糸(たとえば織学誌、33,T−
208〔1977〕)、高圧結晶化(たとえばポリマー
(poIMmer)、14,463〔1973〕)、超
延伸(たとえばジャーナルオブ ポリマーサイエンス、
ポリマーフイジツクスエデツション(J.Polym.
Sci,Polym.Sh侭.Ed.)1311770
上975〕およびジャーナルオブポリマーサイエンス、
ポリマーフイジツクスエデツシヨン(J.Polym.
SCi,PoIMm.PhyS.Ed.)15,142
7〔1977〕など)、凍結紙糸(たとえば椿公昭51
−6241号公報)「高弾性硬質繊維(たとえばジヤー
ナルオブマクロモレキユラーサイエンスフイジツクス(
J.Nはcroml.Sci.‐Phys.)B5,7
2〔1971〕)、高弾性硬質皮膜(たとえばェ シー
エス ポリマープリプリント(ACS、Polymer
Preprints)14,88 268〔1973〕
)およびフラッシュ紡糸(たとえば高分子学会編「高分
子の分子設計」塔風館〔1972〕12頁)など、多く
の研究が報告されている。
These studies can be broadly divided into research on the search for new polymers and research on higher-order structure rearrangement of general-purpose polymers.
For the former, Keviar fibers (e.g., U.S. Pat. No. 3,671,542; U.S. Pat. No. 3,6
A typical example of this is the development of Polymers (No. 00, No. 35, etc.), but although there are reports on the synthesis of a wide variety of other polymers, there are problems in terms of raw material costs,
Since many requirements must be met, such as the need for outstanding properties and the availability of demand, the probability of successful industrialization is extremely small. On the other hand, for the latter, high-pressure extrusion molding (
For example, Journal of Polymer Science, Polymer Physics Edition (J.PoMm.Sci.
, Polym. phys. Ed. ) 12,635 [19
74], etc.), high-speed spinning (e.g. Origaku Journal, 33, T-
208 [1977]), high pressure crystallization (e.g. Polymer (poIMmer), 14,463 [1973]), ultra-stretching (e.g. Journal of Polymer Science,
Polymer Physics Edition (J. Polym.
Sci, Polym. Sh. Ed. )1311770
975] and Journal of Polymer Science,
Polymer Physics Edition (J. Polym.
SCi, PoIMm. PhyS. Ed. )15,142
7 [1977], etc.), frozen paper yarn (for example, Tsubaki Kimiaki 51
-6241 Publication) "Highly elastic hard fibers (for example, Journal of Macromolecular Science Physics (
J. N is croml. Sci. -Phys. )B5,7
2 [1971]), highly elastic hard coatings (e.g. ACS Polymer Preprint (ACS), Polymer
Preprints) 14, 88 268 [1973]
) and flash spinning (for example, "Molecular Design of Polymers" edited by the Society of Polymer Science, Tofukan [1972] p. 12), and many other studies have been reported.

しかし、その工業化や製品の品質などに問題が多く十分
にその目的を達していない現状にある。
However, there are many problems with industrialization and product quality, and the current goal is not fully achieved.

たとえば、すでに工業的規模で生産されてにる場合でも
、フラッシュ紙糸では短繊維しか得られず、また高速織
糸では溶融物の急冷のため結晶性が低く品質にもう一歩
の感がある。また、高圧結晶化は電子顕微鏡観察が可能
な程度のバルクしか得られず実用的価値がない。本発明
者らは、このような高弾性率、高強度繊維の分野におい
て、新たな発想に基ずし、て完全伸び切り鎖結晶を得る
ため鋭意研究を行なった過程で、得られた繊維がきわめ
て優れた力学的性質を有することがわかり、かっこのよ
うな繊維がかなり容易に得られることが明らかとなり、
本発明を完成するにいたつたものである。
For example, even if it has already been produced on an industrial scale, flash paper yarns only yield short fibers, and high-speed weaving yarns have low crystallinity due to the rapid cooling of the molten material, making the quality seem to be one step further. In addition, high-pressure crystallization can only obtain a bulk that can be observed with an electron microscope and has no practical value. In the field of high elastic modulus and high strength fibers, the present inventors conducted intensive research to obtain fully extended chain crystals based on a new idea, and in the process, the obtained fibers It was found to have extremely excellent mechanical properties, and it became clear that parenthesis-like fibers could be obtained quite easily.
This has led to the completion of the present invention.

すなわち、本発明は、ゾーン延伸として非晶質あるいは
可能な限り低結晶性の熱可塑性合成繊維を短い加熱帯域
を通してそのガラス転移点以上結晶化温度までの温度で
周囲から局所的に加熱しながら緊張下に延伸して非晶質
あるいは低結晶性の高配向繊維となし、ついでゾーン熱
処理として上記で得られた繊維に分子鎖が伸び切る高度
の緊張を加えつつ結晶化温度以上の温度で短い加熱帯を
通過させて周囲から局所的に熱処理することを特徴とす
る高弾性率、高強度繊維の製造法である。
That is, the present invention involves stretching an amorphous or as low-crystalline thermoplastic synthetic fiber as possible through a short heating zone while locally heating it from the surroundings at a temperature from its glass transition point to its crystallization temperature. The fibers are drawn downward to form amorphous or low-crystalline highly oriented fibers, and then subjected to zone heat treatment, where the fibers obtained above are subjected to short heat treatment at a temperature above the crystallization temperature while applying high tension to fully extend the molecular chains. This is a method for producing high-modulus, high-strength fibers that is characterized by passing through the tropics and locally heat-treating them from the surrounding area.

本発明はこのように構成するので、きわめて小さいエネ
ルギーで延伸、熱処理の効果を十分にあげることができ
る。すなわち、延伸は、ゾーンによる非常に小さいエネ
ルギーでネツキングを生じきわめて容易に歪のない状態
で迅速に行なうことができ、熱処理もゾーンによる非常
に小さいエネルギーで予熱、加熱結晶化を行なうことが
できる。しかも、加熱時間が短か〈てよいので繊維自体
の熱分解を防ぐ意味でさめて有益である。さらに、本発
明においては装置も簡単ですみ、操作も非常に容易であ
るなど、種々の利点がある。このような利点を総合する
と、本発明は、きわめて優れた工業的な、高弾性率、高
強度繊維の製造法であるといえる。上記構成に係る本発
明方法と従来の高弾性率、高強度繊維の製造法との著し
く相異する点は次のとおりである。
Since the present invention is configured in this way, the effects of stretching and heat treatment can be sufficiently achieved with extremely low energy. That is, stretching can be carried out quickly and easily without distortion by causing necking with very little energy due to the zone, and preheating and heating crystallization can be performed using very little energy due to the heat treatment due to the zone. Moreover, since the heating time is short, it is advantageous in terms of preventing thermal decomposition of the fiber itself. Furthermore, the present invention has various advantages such as a simple device and very easy operation. Taking all of these advantages into consideration, it can be said that the present invention is an extremely superior industrial method for producing high elastic modulus and high strength fibers. The following points are significant differences between the method of the present invention having the above structure and the conventional method for producing high-modulus, high-strength fibers.

‘1ー 高速紙糸、凍結紙糸、フラッシュ紡糸などの方
法では伸び切り鎖構造を得ようとするあまり高速、凍結
などの手段を用いるので得られた繊維は非平衡、非晶構
造になり異いが、本発明方法では十分安定な結晶組織を
形成させることができる。‘2’高圧押出、高圧紙糸な
どの方法では原料側に高圧をかけ、製品側に加える引っ
張り力は補助的であり級糸口付近のセン断力に分子鎖の
配向を期待しているが、分子鎖は口金付近で“糸くず状
”につまる危険性がある。
'1- Methods such as high-speed paper yarn, frozen paper yarn, and flash spinning attempt to obtain an extended chain structure, but the resulting fibers have a non-equilibrium, amorphous structure and are different. However, the method of the present invention can form a sufficiently stable crystal structure. '2' In methods such as high-pressure extrusion and high-pressure paper thread, high pressure is applied to the raw material side, and the tensile force applied to the product side is auxiliary, and molecular chains are expected to be oriented by the shearing force near the beginning of the grade thread. There is a danger that the molecular chains will become stuck in a "lint-like" state near the mouthpiece.

これに対し本発明方法では引っ張り力のみを利用してい
るので分子鎖は伸び切り以外のコンホメーションはとり
にくい。【31 他の方法は溶融体から繊維や皮膜を成
型するさし、に目的とする組織を直接完成しようとする
が、本発明方法ではより低温において二次加工によりこ
れを行なおうとするものである。
On the other hand, since the method of the present invention utilizes only tensile force, it is difficult for the molecular chain to assume any conformation other than fully extended. [31 Other methods attempt to directly complete the desired structure from the melt to form fibers or films, but the method of the present invention attempts to accomplish this through secondary processing at a lower temperature. be.

以下、本発明を構成する各要件について説明を行なう。Hereinafter, each of the requirements constituting the present invention will be explained.

本発明に使用する原繊維としては、ラメラ等の既存の結
晶を含まない非晶質繊維が好ましいが、これら得られな
い場合、低結晶性無配向繊維でも使用できる。本発明で
使用した原繊維の配何度と結晶性を示すと、ポリエチレ
ンチレフタレートで、複屈折は0.3×10‐3、密度
法による結晶化度は1.8%であり、またナイロン6で
、複屈折は0.5×10‐3、密度法による結晶化度は
27.7%である。このような繊維は、通常紙糸したま
(assp血)の繊維に相当する。本発明に使用する繊
維の繊度、外径などの形状については、特に制限されな
い。本発明に使用される原繊維の材質には、本発明者ら
の知見によると、ポリエチレンテレフタレート、ナイロ
ン6のほかポリプロピレンおよびポリェチレンなどの結
晶性ポリマーも対象としうる。本発明においては、原繊
維にまずゾーン延伸を適用するものである。
The fibrils used in the present invention are preferably amorphous fibers that do not contain existing crystals, such as lamellae, but if these are not available, low-crystalline non-oriented fibers can also be used. The orientation and crystallinity of the fibrils used in the present invention are polyethylene tyrephthalate, with a birefringence of 0.3 x 10-3 and a crystallinity of 1.8% by density method. 6, the birefringence is 0.5×10-3, and the crystallinity by density method is 27.7%. Such fibers usually correspond to the fibers of asp blood. The fineness, outer diameter, and other shapes of the fibers used in the present invention are not particularly limited. According to the findings of the present inventors, the material of the fibrils used in the present invention may include crystalline polymers such as polypropylene and polyethylene in addition to polyethylene terephthalate and nylon 6. In the present invention, zone drawing is first applied to the fibril.

このゾーン延伸では、原繊維の結晶化を可能なかぎり防
ぎ分子鎖を引き揃え東状に凝集することを目的とする。
換言すると、できるかぎり低結晶性でかつ高配向の繊維
とすることにある。本発明のゾーン延伸によれば、原繊
維はネツキングを生じつつきわめて容易にすればやく延
伸されるだかりでなく、歪のない状態で均一に延伸され
る。本発明のゾーン延伸は、第1図に示したきわめて簡
単な装置で実施することができる。
The purpose of this zone stretching is to prevent the crystallization of the fibrils as much as possible and to align the molecular chains and aggregate them in an eastern shape.
In other words, the aim is to obtain fibers with as low crystallinity as possible and with high orientation. According to the zone drawing of the present invention, the fibrils are not only drawn very easily and quickly while causing netting, but also uniformly drawn without distortion. The zone stretching of the present invention can be carried out in a very simple apparatus as shown in FIG.

第1図において、移動可能なクロスヘッド1には幅2肋
のりング状加熱炉またはバンドヒーター2が1個だけ固
定してとりつけられている。この加熱炉は、定電圧器(
図示せず)に接続されていて炉2温度は一定に保持でき
るようになっている。一方、原繊維3の上端はホルダー
4に固定されており、その下端もチャック5によって固
定されていて、綾状物6および7によってその位置を定
めるようにしてある。また原繊維の下端は、図示されて
いない荷重によって原繊維に任意の高張力が加えられる
ようになっている。また上託りング状加熱炉2は繊維軸
にそって上下方向に移動可能であり、その移動速度は、
たとえば2,4,8,10,20,40側/minのよ
うな速度のうちいずれか一つを選ぶことができるように
なっている。第1図に示す装置では、1個のりング状加
熱炉を適用した最も単純な例示しているが、本発明の実
施の際はこのように必ず1個だけである必要は全くなく
、複数個使用することももちろんできる。
In FIG. 1, only one ring-shaped heating furnace or band heater 2 with two ribs in width is fixedly attached to a movable crosshead 1. This heating furnace is equipped with a voltage regulator (
(not shown) so that the temperature of the furnace 2 can be maintained constant. On the other hand, the upper end of the fibril 3 is fixed to a holder 4, and its lower end is also fixed by a chuck 5, and its position is determined by twills 6 and 7. Further, the lower end of the fibril is configured such that an arbitrary high tension is applied to the fibril by a load (not shown). Further, the heating ring-shaped heating furnace 2 can be moved vertically along the fiber axis, and its moving speed is as follows.
For example, one of speeds such as 2, 4, 8, 10, 20, and 40/min can be selected. The apparatus shown in FIG. 1 is the simplest example in which one ring-shaped heating furnace is applied, but when carrying out the present invention, it is not necessary to use only one ring-shaped heating furnace, but rather a plurality of ring-shaped heating furnaces. Of course you can also use it.

同様に、加熱炉の形態においてもリング状ばかりでなく
、例えばコ字型にするとかニの字型にするとか種々の態
様の加熱松戸が使用できるし、また移動速度によって加
熱炉の幅(厚み)を任意に選定することができる。複数
個の炉を使用する場には炉の上下間に冷却装置(たとえ
ば空冷装置、水冷装置)をとり入れる方式は特に効果的
である。一方、処理されるべき原繊維自体も第1図では
最も単純な1の場合を示しているが複数本を連続して直
線状に並べたり、リング状に並べたり種々の形態で処理
することが可能である。このように、本発明の実施にお
いては本発明の技術思想に変化を釆さない範囲で種々の
態様で実施することができる。一般にゾーン延伸は、リ
ング状加熱炉2を原繊維の下端より上に向って移動する
ことによって行なわれる。
Similarly, the shape of the heating furnace is not limited to a ring shape, but various shapes such as a U-shape or a D-shape can be used, and the width (thickness) of the heating furnace can be changed depending on the moving speed. ) can be selected arbitrarily. In a case where a plurality of furnaces are used, it is particularly effective to install a cooling device (for example, an air cooling device or a water cooling device) between the upper and lower sides of the furnace. On the other hand, although Fig. 1 shows the simplest case 1, the fibrils themselves to be processed can be processed in various forms, such as by arranging multiple fibrils in a straight line or in a ring. It is possible. As described above, the present invention can be implemented in various forms without changing the technical idea of the present invention. Generally, zone drawing is carried out by moving the ring-shaped heating furnace 2 upward from the lower end of the fibril.

ゾーン延伸の際の適用温度は、原繊維の材質、形態、張
力の大きさ、炉の移動速度などによって異なるが、本発
明ではゾーン延伸後の繊維ができる限り高配向、低結晶
性でし′か,も歪が少なくなるよう考慮して定められる
The temperature applied during zone drawing varies depending on the material, form, tension, furnace movement speed, etc. of the fibril, but in the present invention, the fibers after zone drawing should be as highly oriented and as low in crystallinity as possible. This is determined with consideration given to reducing distortion.

本発明者らは、原繊維のほぼ結晶化温度以下で延伸する
ことが必要であることに鑑みガラス転移温度よりも高く
かつ結晶化温度よりも低い温度を適用した。しかし、炉
の移動速度の大きさによっては結晶化温度より高い場合
もとりうる。前記したようにゾーン延伸の過程で可能な
限り分子鎖の配向状態を良好とする必要があるが、ゾー
ン延伸の温度が高すぎる場合には結晶化を伴なうことに
なって適当ではない。ゾーン延伸の際の炉の移動速度、
張力については、ゾーン延伸後の繊維ができる限り高配
向、非晶質でしかも歪が少なくなるよう適宜選定する。
この場合、材質、ゾーン延伸温度、炉の移動速度との間
の関連の上で好ましい張力が選定されるべきであり、た
とえば張力が過大である場合には、組織の破壊のための
白化につながり懐向がある。また、多段方式によるゾー
ン延伸法も有効な方法であり、■−定温度で順次張力を
増加させる方法、■−定張力で順次温度を増加させる方
法、■温度、張力とも増大させる方法なども適用できる
。このようにしてゾーン延伸された繊維は、この段階で
はまだ低結晶性、高配向性の繊維である。
The present inventors applied a temperature higher than the glass transition temperature and lower than the crystallization temperature in view of the fact that it is necessary to draw at a temperature substantially below the crystallization temperature of the fibril. However, depending on the moving speed of the furnace, the temperature may be higher than the crystallization temperature. As mentioned above, it is necessary to improve the orientation of the molecular chains as much as possible during the zone stretching process, but if the temperature of the zone stretching is too high, crystallization will occur, which is not appropriate. The speed of movement of the furnace during zone stretching,
The tension is appropriately selected so that the fibers after zone stretching are as highly oriented and amorphous as possible, and have less distortion.
In this case, the preferred tension should be selected in relation to the material, the zone drawing temperature, and the moving speed of the furnace; for example, if the tension is too high, it may lead to whitening due to destruction of the structure. There is a feeling of sympathy. In addition, a multi-stage zone stretching method is also an effective method, and methods such as ■-method in which the tension is increased sequentially at a constant temperature, ■-method in which the temperature is sequentially increased while the tension is constant, and ■method in which both temperature and tension are increased are also applicable. can. The fibers zone-drawn in this manner still have low crystallinity and high orientation at this stage.

このような状態では、ヤング率、破断強度などの機械的
性質において、下記するひきつついて行なわれるゾーン
熱処理が加えられたものに比較してまだ4・さく不充分
である。ゾーン延伸した繊維は、ひきつづいてゾーン熱
処理されることが必要である。
In such a state, the mechanical properties such as Young's modulus and breaking strength are still 4.0 times lower than those to which the following zone heat treatment is applied. Zone drawn fibers require subsequent zone heat treatment.

このゾーン熱処理は、ラメラ晶の生成を抑制し、繊維全
体を伸び切り鎖結晶で構成するための処理である。ゾー
ン熱処理に用いる装置は、ゾーン延伸の際に用いたもの
と同様の装置を用いることができる。
This zone heat treatment is a treatment for suppressing the formation of lamellar crystals and constructing the entire fiber with extended chain crystals. As the device used for the zone heat treatment, the same device as that used in the zone stretching can be used.

属1図に示す装置を適用する場合、リング状加熱炉2を
一定の温度とし、この加熱炉を試料3の一端から一定の
速度で移動して行なう。すなわち、ゆっくりとりング状
加熱炉を移動させながら試料の一端から伸びる切り鎖結
晶を順次形成させる。この際、繊維の分子鎖は次第に引
き揃えられ東状に結晶化することになる。このようなゾ
ーン熱処理においては、加熱された部分は軟化し全張力
が集中的に作用することになるので配向結晶化がより有
効に進行することになる。このことはまた、結晶核の多
発を防ぎ、結晶の内部歪を排除し、長時間加熱ではない
ので熱劣化もないなどの利点につながる。なお、上記し
たりング状加熱炉の移動方向は、試料の熱処理による伸
長がみられる間は下から上へ行なうが、寸法が安定すれ
ばどちらの方向からでも行なうことができ、いずれの方
向から行なっても、予熱、加熱駒吉晶化、冷却のプロセ
スが炉の移動によって一度に達成することができる。ゾ
ーン熱処理は,、ゾーン延伸の場合に〈らべてより高温
度、高張力下で行なわれる必要がある。
When applying the apparatus shown in Figure 1, the ring-shaped heating furnace 2 is kept at a constant temperature, and the heating furnace is moved from one end of the sample 3 at a constant speed. That is, while slowly moving the ring-shaped heating furnace, cut chain crystals extending from one end of the sample are sequentially formed. At this time, the molecular chains of the fibers are gradually aligned and crystallized in an eastern shape. In such a zone heat treatment, the heated portion is softened and the total tension acts intensively, so that oriented crystallization proceeds more effectively. This also leads to advantages such as preventing the occurrence of multiple crystal nuclei, eliminating internal distortion of the crystal, and eliminating thermal deterioration since heating is not performed for a long time. The direction of movement of the ring-shaped heating furnace mentioned above is from the bottom to the top while the sample is elongating due to heat treatment, but it can be moved from either direction as long as the dimensions are stable. Even if carried out, the processes of preheating, heating Komakichi crystallization, and cooling can be accomplished at once by moving the furnace. Zone heat treatment needs to be carried out at a higher temperature and under higher tension than in zone stretching.

ゾーン熱処理の温度は、原繊維の材質、形態、張力、炉
の移動速度などによっても異なるが、結晶化温度以上で
ありへ好ましくは結晶化温度以上融点近傍までの温度で
ある。そして、より優れた物性を有する繊維を得ようと
する場合には、一つの尺度として、温度を後記するよう
にヤング率の極大付近に設定することができる。熱処理
温度が適切でなく高温に過ぎるとヤング率が低下するば
かりでなく、だんだんと繊維が白化した切断することと
なる。これはへおそらく、繊維に歪や局部破壊が生ずる
ためであると考えられる。ゾーン熱処理の時間は、前記
したことから容易に理解されるように、1分間などとい
うきわめて短時間で行なうことができる。
The temperature of the zone heat treatment varies depending on the material, form, tension, furnace moving speed, etc. of the fibril, but is at least the crystallization temperature, preferably at least the crystallization temperature and close to the melting point. When attempting to obtain fibers with better physical properties, the temperature can be set near the maximum Young's modulus as described later, as one measure. If the heat treatment temperature is not appropriate and is too high, not only will the Young's modulus decrease, but the fibers will gradually turn white and be cut. This is probably due to distortion and local breakage occurring in the fibers. As is easily understood from the above, the zone heat treatment can be carried out in a very short time such as one minute.

また、ゾーン熱処理もまたゾーン延伸と同様、多段方式
をとりうるのでこれによると一層時間を短縮でき効果を
上げることができる。ゾーン熱処理の際の張力は、ゾー
ン延伸の場合にくらべて高張力である(高度に緊張する
)必要があり、より優れた物件を得ようとする場合には
張力を、ゾーン熱処理温度と同様、得られる繊維のヤン
グ率の極大付近に定めることができる。
Further, zone heat treatment can also be carried out in a multi-stage manner, similar to zone stretching, so that the time can be further shortened and the effect can be increased. The tension during zone heat treatment needs to be higher (higher tension) than in zone stretching, and if you want to obtain a better property, the tension should be lowered as well as the zone heat treatment temperature. It can be set near the maximum Young's modulus of the obtained fiber.

張力についても、過大にすぎる場合には、熱処理溢度と
同様、繊維に歪や局部破壊が生ずることになる。熱処理
時の緊張は分子鎖のホールディング(Folding)
を防ぐのに有効で、とくにゾーン熱処理の場合はせまい
加熱帯、短い熱処理時間にもかかわらず高配向、高結晶
性の東状繊維組織を形成し、高弾性率、高強度を示す繊
維を容易に作製する上でも重要な要件であるといえる。
ゾーン熱処理の回数については、第1図に示した装置で
実施した結果では1回では不充分であり、少なくとも3
回が必要であった。
If the tension is too high, distortion or local breakage will occur in the fibers, similar to the heat treatment overload. Tension during heat treatment is the folding of molecular chains
In particular, in the case of zone heat treatment, it is easy to form a highly oriented, highly crystalline east-shaped fiber structure despite the narrow heating zone and short heat treatment time, and to easily produce fibers that exhibit high elastic modulus and high strength. This can be said to be an important requirement for manufacturing.
Regarding the number of times of zone heat treatment, the results obtained using the apparatus shown in Figure 1 indicate that one time is insufficient, and at least three times.
times were necessary.

3回以上で次第に一定値を示すようになり、5回程度が
最適の結果を示した。
After 3 times or more, the value gradually became constant, and about 5 times showed the optimum result.

以上の説明から理解できるように、本発明方法では、ゾ
ーン延伸とゾーン熱処理とを連続して一つの装置で実施
することができる。
As can be understood from the above description, in the method of the present invention, zone stretching and zone heat treatment can be performed continuously in one apparatus.

すなわち、リング状加熱炉またはバンドヒーター一を複
数個所定の間隔をおいて設け、それぞれの加熱炉または
バンドヒーターの温度をゾーン延伸に適当な温度および
ゾーン熱処理に適当な温度とし、それぞれの張力を慣用
の手段を用いて制御することによって、ゾーン延伸とゾ
ーン熱処理とを連続的に行なうことができる。この際、
炉と炉の間に冷却装置を挿入すると一層、効果が上るこ
とは前述と同様である。このことは縦型の装置において
も、またゾーン延伸の装置において示した横型の装置に
おいても同様に適用できる。このようにして得られた繊
維は、微細構造上も、機械的特性においても非常に顕著
なものとなるというきわめて興味のある結果を示す。
That is, a plurality of ring-shaped heating furnaces or band heaters are provided at predetermined intervals, and the temperature of each heating furnace or band heater is set to a temperature suitable for zone stretching and a temperature suitable for zone heat treatment, and the tension of each is set at a temperature appropriate for zone stretching and zone heat treatment. Zone stretching and zone heat treatment can be carried out sequentially by control using conventional means. On this occasion,
As mentioned above, inserting a cooling device between the furnaces will further increase the effect. This applies equally to vertical machines as well as to the horizontal machines shown in the zone drawing machine. The fibers obtained in this way show very interesting results, both in terms of microstructure and in terms of mechanical properties.

得られた繊維の微細構造に関し、本発明によって得られ
た繊維の複屈折および結晶化度は、従来の多くの報告値
よりも高く、非常に高い配向状態および高給晶状態にあ
るといえる。
Regarding the microstructure of the obtained fibers, the birefringence and crystallinity of the fibers obtained according to the present invention are higher than many conventionally reported values, and can be said to be in a very highly oriented state and a highly fed crystal state.

すなち、ポリエチレンテレフタノートの複屈折および結
晶化度は後記する実施例にもあるように、0.247お
よび60%にも達し、またナイロン6の複屈折および結
晶化度は0.062および48.9%に達する。本発明
によって得られた繊維の結晶組織については、小角×線
回折の子午線干渉から判断すると、ラメラの存在も若干
認められるが結晶組織の主体は伸び切り鎖結晶であると
考えられる。本発明によって得られた繊維の非晶領域に
おける分子鎖の凝集状態については、動的粘弾性、クリ
ープおよび熱収縮の測定結果から、高度の累張、拘束状
態にあるということができる。すなわち、本発明によっ
て得られた繊維は、例えばポリエチレンテレフタノート
の場合、200℃までクリープが全く生じなく、熱収縮
は約4%にすぎないので、このことから本発明によって
得られた繊維は、非晶領域における分子鎖が十分伸び切
っており、密に充填した束状凝集となっているものと考
えられる。以上の説明から明らかな通り、本発明によっ
て得られた繊維の微細構造は、ほぼ完全に配向した東状
結晶と十分伸び切った非晶鎖からなるふさ状ミセル構造
を実質的にとっているものと考えられる。
That is, the birefringence and crystallinity of polyethylene terephthalate reach 0.247 and 60%, as shown in the examples below, and the birefringence and crystallinity of nylon 6 are 0.062. and reaches 48.9%. Judging from the meridional interference of small-angle x-ray diffraction, the crystal structure of the fiber obtained by the present invention shows that the main body of the crystal structure is extended chain crystals, although some lamellae are observed. The aggregation state of molecular chains in the amorphous region of the fiber obtained by the present invention can be said to be in a highly tensile and constrained state from the results of measurements of dynamic viscoelasticity, creep, and thermal contraction. That is, in the case of the fiber obtained by the present invention, for example, in the case of polyethylene terephthalate, there is no creep at all up to 200°C and the heat shrinkage is only about 4%. It is thought that the molecular chains in the amorphous region are fully extended and form a densely packed bundle-like aggregation. As is clear from the above explanation, the microstructure of the fibers obtained by the present invention is considered to be essentially a tufted micelle structure consisting of almost perfectly oriented east-shaped crystals and fully extended amorphous chains. It will be done.

得られた繊維の機械的特性に関し、本発明によって得ら
れた繊維のヤング率は、他の方法で熱処理された繊維に
〈らべて著しく高い。
Regarding the mechanical properties of the fibers obtained, the Young's modulus of the fibers obtained according to the invention is significantly higher compared to fibers heat-treated by other methods.

例えばゾーン熱処理したポリエチレンテレフタノート繊
維のヤング率は18×1びod叩e/のであり、これは
ポリエチレンテレフタノート結晶弾性率値107.8×
1びod肌e/のの1/6に相当する。またゾーン熱処
理したナイロン6のヤング率は、ナイロン6の結晶弾性
率165×1びodyne/のよりもかなり低いが、市
販の高張力繊維の値(2.7〜5.0×1びod肌e/
の)にくらべると著しく高い値といえる。また、ゾーン
熱処理したポリプロピレン繊維のヤング率は21.7×
1びod飢e/のであり、これはポリプロピレンの結晶
弾性率34×1びodyne/地のほぼ2/3に相当す
る。また、本発明によって得られた繊維の他の機械的特
性、すなわち、動的磁性率、破断強度などについても、
後記する実施例において示すように、他の方法によって
熱処理されたものに〈らべてかなり高い値を示している
For example, the Young's modulus of zone heat-treated polyethylene terephthanot fiber is 18 x 1 and od e/, which is equivalent to the polyethylene terephthanote crystalline modulus value of 107.8 x
It corresponds to 1/6 of 1 and od skin e/. The Young's modulus of zone heat-treated nylon 6 is considerably lower than the crystalline modulus of nylon 6, which is 165×1 and odyne/modulus, but it is much lower than that of commercially available high-tensile fibers (2.7 to 5.0×1 and odyne/ e/
It can be said that this value is significantly higher than that of In addition, the Young's modulus of zone heat-treated polypropylene fiber is 21.7×
The crystalline elastic modulus of polypropylene is 34×1 odyne/mm, which corresponds to approximately 2/3 of that of polypropylene. In addition, regarding other mechanical properties of the fiber obtained by the present invention, such as dynamic magnetic modulus and breaking strength,
As shown in the examples below, this value is considerably higher than that of those heat-treated by other methods.

以下、実施例によって、本発明をさらに具体的に説明を
行なう。
Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

なお、実施例中の各測定項目は、下記する方法によった
。tl} ヤング率、破断強度および破断伸度の測定単
繊総について測定し、装置はTENSILONUTM−
0一Type(Toyo−Baldwin社)によった
In addition, each measurement item in the example was based on the method described below. tl} Measurement of Young's modulus, breaking strength, and breaking elongation.
01 Type (Toyo-Baldwin).

試料の初長は2仇ゆで室温2ぞ○、RH約65%の条件
下で応力一ひずみ曲線を求、これよりヤング率、破断強
度および破断伸度を常法(日本工業規格、繊維の引張試
験方法VISLI069)により求めた。■ 動的粘度
弾性の測定 測定温度範囲はポリエチレンテレフタノートは室温から
200oo付近までとし、ナイロン6は室温から170
qoまでとした。
The initial length of the sample was boiled for 2 minutes at room temperature, and the stress-strain curve was determined under the conditions of approximately 65% RH. From this, the Young's modulus, breaking strength, and breaking elongation were calculated using the conventional method (Japanese Industrial Standards, tensile strength of fibers). It was determined by the test method VISLI069). ■ Measurement of dynamic viscoelasticity The measurement temperature range for polyethylene terephthalate is from room temperature to around 200 oo, and for nylon 6 from room temperature to around 170 oo.
It was up to qo.

試料は初長2仇肌の単繊維を用いた。装置はVmRON
ローType(Toyo−母ldMn社)によって。
なお、駆動周波数110HZ、昇温速度3.6℃/mi
n(PET)および1.5q○/min(ナイロン6)
とした。{31 後屈折の測定べレツク・コンペンセー
ターを備えた偏光顕藤鏡を用い、空気中、20〜250
0、RH約65%のもとで白色光を光源とした測定した
The sample used was a single fiber with an initial length of 2mm. The device is VmRON
By Low Type (Toyo-Mother ldMn).
In addition, driving frequency 110Hz, temperature increase rate 3.6℃/mi
n (PET) and 1.5q○/min (nylon 6)
And so. {31 Measurement of back refraction Using a polarizing microscope equipped with a Bereck compensator, in air, 20 to 250
Measurements were made using white light as the light source under conditions of 0.0 and RH of approximately 65%.

なお、ポリエチレンテレフタノートのような高レターデ
ーションをもつ試料の場合は補償板として水晶単結晶か
ら切り出したX−Z板を用いた。{4)密度の測定と結
晶化度の算出 密度は25.0ooにおいてトルェンー四塩化炭素系混
合溶媒を用い浮沈法によって測定した。
In addition, in the case of a sample having high retardation such as polyethylene terephthalate, an X-Z plate cut from a quartz single crystal was used as a compensating plate. {4) Measurement of density and calculation of degree of crystallinity Density was measured at 25.0 oo by the float-sink method using a toluene-carbon tetrachloride mixed solvent.

結晶化度は、この測定された密度を例えば繊維学会誌2
2,51(1966)にしたがって、換算し、算出した
。なお、ポリエチレンテレフタノートの場合、結晶密度
は1.45ふ非晶密度は1.335夕/地、ナイロン6
の場合はそれぞれ1.230,1.083夕/塊とした
。実施例 1 本実施例では、第1図に示す装置を用いたときの加熱炉
の温度ともの移動速度、試料に加える張力および熱処理
回数について、より好ましい条件を検討する。
The degree of crystallinity is defined as the measured density, for example, by
2, 51 (1966). In addition, in the case of polyethylene terephthalate, the crystal density is 1.45, the amorphous density is 1.335 mm/ground, and nylon 6
In the case of , it was set as 1.230 and 1.083 nights/clump, respectively. Example 1 In this example, more preferable conditions will be investigated regarding the temperature of the heating furnace, the moving speed of the heating furnace, the tension applied to the sample, and the number of heat treatments when the apparatus shown in FIG. 1 is used.

原繊維として約0.5側の直径の紡糸したままの状態の
ポリエチレンテレフタノート繊維を用いた。
As-spun polyethylene terephthalate fibers having a diameter of approximately 0.5 were used as the fibrils.

この繊維の複屈折率は0.3×10‐3であり、密度法
による結晶化度は1.8%であった。ゾーン延伸の際の
条件は、延伸温度をポリエチレンテレフタレートのTg
(69午0)より高く低温結晶化温度(12ぴ○)より
低い9ぴ○とし、張力も0.3k9/柵と低くした。加
熱炉の移動速度は4比岬/minとし繊維の下から上に
向って移動させた。この際原繊維はネッキングをともな
いながら容易に延伸された。延伸率は2.5〜3.9音
であった。次に、このようにゾーン延伸された繊維をひ
きつづき同じ装置によってゾーン熱処理した。熱処理条
件として、加熱炉の温度を210℃、移動速度を10側
/minおよび熱処理回数を5回にセットし、繊維に加
える張力を種々変化させて、得られた繊維のヤング率と
繊維に加える張力との相関を検討した。その結果を第2
図に示す。第2図から明らかなように、ゾ−ン熱処理の
際の張力は16kg/地付近でヤング率の極大を示し、
張力がそれより大きいとヤング率は低下している。これ
は張力が過大となるにしたがって繊維に歪や局部破壊が
生ずるためと考えられる。熱処理とヤング率との間にも
同様な関係が得られ、高温に過ぎると繊維は白化や切断
が起こるようになる。同様に、熱処理温度とヤング率と
の関係についてもより好ましい条件を見出すため多数回
の試験を行った。その結果、第1表に示す条件が好適条
件として決定された。なお、熱処理回数は3回以上で次
第に一定値を示すようになるが、5回程度がより好まし
いと考えた。第1表 実施例 2 本実施例では、実施例1の原繊維、ゾーン延伸した繊維
およびゾーン熱処理後の繊維の力学的性質、配向および
結晶性の測定結果を示す。
The birefringence of this fiber was 0.3 x 10-3, and the crystallinity determined by the density method was 1.8%. The conditions for zone stretching are that the stretching temperature is set to Tg of polyethylene terephthalate.
(69:00) and lower than the low-temperature crystallization temperature (12 p○), and the tension was set as low as 0.3 k9/fence. The heating furnace was moved at a speed of 4 min/min, and the fibers were moved from the bottom to the top. At this time, the fibril was easily drawn with some necking. The stretching ratio was 2.5 to 3.9 tones. The thus zone drawn fibers were then subsequently zone heat treated in the same equipment. As the heat treatment conditions, the temperature of the heating furnace was set to 210°C, the moving speed was set to 10 sides/min, and the number of heat treatments was set to 5 times, and the tension applied to the fiber was variously changed to determine the Young's modulus of the obtained fiber and the tension applied to the fiber. The correlation with tension was investigated. The result is the second
As shown in the figure. As is clear from Figure 2, the tension during zone heat treatment shows a maximum of Young's modulus around 16 kg/ground.
If the tension is greater than that, the Young's modulus is decreasing. This is thought to be because as the tension becomes excessive, distortion and local breakage occur in the fibers. A similar relationship is obtained between heat treatment and Young's modulus, with excessively high temperatures causing whitening and cutting of the fibers. Similarly, numerous tests were conducted to find more favorable conditions regarding the relationship between heat treatment temperature and Young's modulus. As a result, the conditions shown in Table 1 were determined as suitable conditions. The number of heat treatments gradually becomes constant when the number of heat treatments is 3 or more times, but it was considered that about 5 times is more preferable. Table 1 Example 2 This example shows the results of measuring the mechanical properties, orientation, and crystallinity of the raw fiber, zone-stretched fiber, and zone heat-treated fiber of Example 1.

これらの測定結果から、高次組織形成の各段階の推移を
知ることができる。第2表にヤング率、破断強度、破断
伸度、複屈折および結晶性の測定結果を示す。
From these measurement results, it is possible to know the progress of each stage of higher-order tissue formation. Table 2 shows the measurement results of Young's modulus, breaking strength, breaking elongation, birefringence, and crystallinity.

第2表 ()内は、第2回目の測定結果を示す。Table 2 The numbers in parentheses indicate the results of the second measurement.

第2表から明らかなように、ヤング率および被断強度は
、ゾーン延伸したままでは小さいがゾーン熱処理するこ
とによって著しく増大する。
As is clear from Table 2, Young's modulus and breaking strength are small when zone-stretched, but are significantly increased by zone heat treatment.

微細構造については、第2表からゾーン延伸の段階でか
なり高い配向と低い結晶性を示し、またこれをゾーン熱
処理することにつて高配向、結晶性繊維に変化している
ことがわかる。とくに転向度を示す複屈折の値は実に0
.247にも達し、これは結晶固有複屈折のこれまでの
多くの報告値より高い値である。また、第3図には、ゾ
ーン延伸した繊維とゾーン熱処理後の繊維の動的弾性率
E′と損失弾性率E″の温度依存性を示す。
As for the microstructure, it can be seen from Table 2 that it exhibits fairly high orientation and low crystallinity at the stage of zone stretching, and that it changes into highly oriented, crystalline fiber when subjected to zone heat treatment. In particular, the value of birefringence, which indicates the degree of turning, is actually 0.
.. 247, which is higher than many previously reported values of crystal intrinsic birefringence. Further, FIG. 3 shows the temperature dependence of the dynamic elastic modulus E' and the loss elastic modulus E'' of the zone-drawn fiber and the zone-heat-treated fiber.

第3図中白丸および黒丸で示されているのはゾーン熱処
理後の繊維につし、てのものであり、白三角および黒三
角で示されているのは、ゾーン延伸した繊維についての
ものである。この第3図から明らかなように、8値は全
温度範囲にわたってゾーン熱処理後の繊維の方が著しく
高く、とくに室温での8値は20×1びod飢e/の以
上の高弾性率値を示し、これは市販のポリエチレンテレ
フタノート強力糸の最高弾性率値19.6×1びody
肥/仇を越える値である。また、E″の温度依存性曲線
でみられるQ分散ピークはゾーン延伸した繊維では90
℃であるがゾーン熱処理後の繊維では130qoにみら
れ後者の場合、非晶鎖の熱運動がいちじるしく拘束され
ることがわかる。実施例 3 本発明によって得られた繊維の優れた力学的性質がいか
なる微細構造に基ず〈かをより明確にするため、光学的
、x線的測定や赤外吸収スペクトル、DSC、クリープ
、熱収縮および鰯的粘弾性などの測定を行なった。
The white and black circles in Figure 3 are for the fibers after zone heat treatment, and the white and black triangles are for the zone-stretched fibers. be. As is clear from Fig. 3, the 8 value is significantly higher for the fibers after zone heat treatment over the entire temperature range, and in particular, the 8 value at room temperature is a high elastic modulus value of more than 20 , which is the highest elastic modulus value of commercially available polyethylene terephthalate strong yarn, 19.6 x 1
It is a value that exceeds the enemy. In addition, the Q dispersion peak observed in the temperature dependence curve of E'' is 90% for zone-stretched fibers.
℃, but in the fiber after zone heat treatment, it is found to be 130 qo, indicating that in the latter case, the thermal motion of the amorphous chains is significantly restricted. Example 3 In order to clarify what microstructure is responsible for the excellent mechanical properties of the fibers obtained according to the present invention, optical and x-ray measurements, infrared absorption spectra, DSC, creep, thermal Shrinkage and sardine viscoelasticity were measured.

このような測定結果から、本発明によって得られた繊維
の構造は、ほぼ完全に配向した東状結晶と十分伸び切っ
た非晶鎖からなるふさ状ミセル構造をとっているものと
考えられる。
From these measurement results, it is considered that the structure of the fiber obtained by the present invention is a tufted micelle structure consisting of almost perfectly oriented east-like crystals and fully extended amorphous chains.

実施例2のゾーン延伸した繊維とゾーン熱処理後の繊維
のX線ラウェ写真を第4図に示す、第4−a図はゾーン
延伸した繊維のX線ラウェ写真を示し、第4−b図はゾ
ーン熱処理後の繊維のX線ラウェ写真を示す。
FIG. 4 shows an X-ray Laue photograph of the zone-drawn fiber of Example 2 and the fiber after zone heat treatment. FIG. 4-a shows an X-ray Laue photograph of the zone-drawn fiber, and FIG. 4-b shows An X-ray Laue photograph of the fiber after zone heat treatment is shown.

これら両図面(写真)の比較からも明らかなとおり、ゾ
ーン延伸した繊維が低結晶から高配向性であるが、ゾー
ン熱処理後の繊維は高給晶性であるが、ゾーン熱処理後
の繊維は高結晶性でありしかも高配向性となっている。
第5図には、ポリエチレンテレフタノートの5倍延伸無
緊張下熱処理繊維とゾーン熱処理後の繊維の小角×線回
折像を示す。第5−a図は5倍延伸無緊張下熱処理繊維
の小角X線回折像であり、第5−b図はゾーン熱処理後
の繊維の4・角×縁回折像を示す。これら図面(写真)
から、十分ラメラが発達している前者では子午線上に現
われる干渉が強く長周期が118.6Aと観察されたの
に対し、後者のそれはきわめて弱くしかも長周期は15
4.2Aと大きい。この縦方向の周期的電子密度のゆら
ぎの減少から、結晶、非晶の境界が不明瞭であることお
よびラメラより伸び切り鎖結晶が優勢であると考えられ
る。第6図には、ゾーン延伸およびさらにゾーン熱処理
した場合の赤外吸収スペクトルにおける988弧−,の
分子鎖のホールディング(Folding)に基ずく吸
収の変化を示す。
As is clear from the comparison of these two drawings (photos), the zone-drawn fibers have low crystallinity to high orientation, while the zone-heat treated fibers have high crystallinity, but the zone-heat-treated fibers have high crystallinity. Moreover, it has high orientation.
FIG. 5 shows small-angle x-ray diffraction images of polyethylene terephthanate fibers stretched 5 times without tension and heat-treated and after zone heat treatment. Fig. 5-a shows a small-angle X-ray diffraction image of a 5-fold stretched untensioned heat-treated fiber, and Fig. 5-b shows a 4/corner x edge diffraction image of the fiber after zone heat treatment. These drawings (photos)
Therefore, in the former case, where the lamellae are sufficiently developed, the interference appearing on the meridian is strong and the long period is 118.6 A, whereas in the latter case, it is extremely weak and the long period is 15 A.
It is large at 4.2A. This decrease in periodic electron density fluctuations in the longitudinal direction suggests that the boundary between crystal and amorphous is unclear and that extended chain crystals are more dominant than lamellae. FIG. 6 shows the change in absorption based on the folding of the 988-arc molecular chain in the infrared absorption spectrum when zone stretching and further zone heat treatment are performed.

第6−a図は未延伸無緊張下熱処理した場合、第6−b
図は7倍に延伸した場合、および第6一c図は7倍延伸
後緊張下熱処理した場合のホールドバンド(Fold鞄
nd)付近の赤外線吸収スペクトルを示すグラフである
。いずれの場合も、この測定にあたっては、一筆皮膜を
作成した上でそれぞれの処理を行ない測定に供した。第
6図の吸収の変化から明らかなように、ラメラを十分に
生成させた未延伸無緊張下熱処理皮膜にみられる、ホー
ルドバンドは延伸皮膜ではみられず、延伸後緊張下熱処
理皮膜では非常に弱い肩状ピークとして認められるこが
わかつる。ゾーン熱処理後の皮膜は測定しなかったが、
同じ温度、同じ張力のもとに熱処理した皮膜については
、この結果から少量ながらホールドチェ−ンクリスタル
(Foldchaincひsね1)が存在するといえる
。これは主体とする配向東状組織の上に緊張を受けない
分子鎖がわずかにラメラ晶としてオーバーグロウス(O
ver−母oMh)したものと理解される。次にDSC
カーブについての測定を行なった。
Figure 6-a shows the case of unstretched heat treatment without tension, and Figure 6-b.
The figure is a graph showing the infrared absorption spectrum near the hold band (Fold bag nd) when the film is stretched 7 times, and FIG. In either case, for this measurement, a single-stroke film was prepared and then subjected to each treatment and subjected to measurement. As is clear from the change in absorption shown in Figure 6, the hold band that is observed in the unstretched, non-tension heat-treated film with sufficient lamella formation is not observed in the stretched film, but is very much observed in the stretched and tension-heat-treated film. It can be seen that this is recognized as a weak shoulder-like peak. Although the film after zone heat treatment was not measured,
Regarding the films heat-treated at the same temperature and under the same tension, it can be said from this result that a small amount of hold chain crystals (Foldchain crystal 1) is present. This is due to overgrowth (O
ver-mother oMh). Next, DSC
Measurements were made on the curve.

ポリマー(Polymer)、14,4630973〕
、ポリマー(PolMmer)、18,647〔197
7〕および高分子学会線「高分子の分子設計」培風館〔
1971〕135頁によれば、DSCカーブにおいてみ
し、だされる融解ピークには2種類あり、高温側融解ピ
ークは伸び切り鎖結晶の、低温側ピークは折りたたみ金
灘結晶の融解に基づくものとして知られている。ポリエ
チレンテレフタ/ートの場合、両型の結晶を含む試料の
DSCカーブには248℃と258qoに2つのピーク
が現われるが、ゾーン熱処理後の繊維の融解ピークは後
者の温度城に近かった。すなわち、伸び切り鎖結晶の融
解に基づくものと考えられる。次に、非晶領域における
分子鎖の凝集状態についての知見を与える試料のクリー
プおよび熱収縮を測定した。
Polymer, 14,4630973]
, Polymer (PolMmer), 18,647 [197
7] and the Polymer Science Society of Japan “Molecular Design of Polymers” Baifukan [
1971], p. 135, there are two types of melting peaks that appear in DSC curves: the high-temperature melting peak is based on the extended chain crystal, and the low-temperature peak is based on the melting of the folded Kinnada crystal. Are known. In the case of polyethylene terephthalate/terephthalate, two peaks appear at 248° C. and 258 qo in the DSC curve of the sample containing both types of crystals, and the melting peak of the fiber after zone heat treatment was close to the latter temperature castle. That is, it is considered to be based on the melting of extended chain crystals. Next, we measured the creep and thermal shrinkage of the sample, which provides insight into the state of aggregation of molecular chains in the amorphous region.

測定結果から200qoまでクリーブはまった〈生ぜず
、熱収縮は約4%にすぎないことがわかり、普通糸の場
合に〈らべ、ゾーン熱処理後の繊維はきわめて寸法安定
性が優れていることが証明された。これは非晶領域にお
ける分子鎖が十分伸び切っており密に充填した東状凝集
を推定させる。非晶鎖の運動性の小さいことは、勤的粘
弾性測定で得られるQ分散を示すねn6ピクがブロード
でしかも高温に生ずることからも推察される。以上の結
果から、ゾーン熱処理後の繊維はほぼ完全に配向した東
状結晶と十分伸び切った非晶鎖からなるふさ状ミセル構
造が想定される。
The measurement results showed that no cleavage occurred up to 200 qo, and the heat shrinkage was only about 4%, and compared to the case of ordinary yarn, the fibers after zone heat treatment had extremely excellent dimensional stability. Proven. This suggests east-like aggregation in which the molecular chains in the amorphous region are fully extended and densely packed. The low mobility of the amorphous chains can also be inferred from the fact that the Q dispersion obtained by mechanical viscoelasticity measurements is broad and occurs at high temperatures. From the above results, it is assumed that the fiber after zone heat treatment has a tufted micellar structure consisting of almost perfectly oriented east-shaped crystals and fully extended amorphous chains.

このうな構造をとるとするならば、約40%の非晶領域
は応力保持に大きく功献し、弾性率や強度に寄与すると
ころ大と考えられる。実施例 4 本実施例では、微細構造、力学的性質について、他の熱
処理方法によって得られた繊維との比較を行なう。
If such a structure is adopted, the approximately 40% amorphous region is considered to greatly contribute to stress retention and to the elastic modulus and strength. Example 4 In this example, the microstructure and mechanical properties are compared with fibers obtained by other heat treatment methods.

他の熱処理方法としては、緊張下熱処理、下熱処理およ
び無緊張下熱処理について行なった。緊張下熱処理は、
原繊維を90qoで5倍延伸した後、温度200qo、
張力16kg/めで、空気裕中30分間熱処理したもの
である。定長下熱処理および無緊張下熱処理は、緊張下
熱処理と同様、嫁繊維を9030で5倍延伸した後、そ
れぞれ一定長下および無緊張下で、空気裕中30分間熱
処理したものである。なお、ゾーン熱処理後の繊維の製
造条件は実施1と同様である。これらの3種の異なる熱
処理方法で得られた繊維の力学的性質、配向および結晶
性の結果を、本発明のゾーン熱処理後の繊維との比較で
第3表に示す。
As other heat treatment methods, heat treatment under tension, heat treatment under tension, and heat treatment under no tension were performed. Heat treatment under tension is
After stretching the fibril 5 times at 90qo, the temperature is 200qo,
It was heat-treated in an air bath for 30 minutes at a tension of 16 kg/me. Heat treatment under constant length and heat treatment without tension are similar to heat treatment under tension, in which the bride fibers are stretched 5 times with 9030 and then heat treated in an air bath for 30 minutes under constant length and without tension, respectively. Note that the manufacturing conditions for the fibers after the zone heat treatment were the same as in Example 1. The mechanical properties, orientation and crystallinity results of the fibers obtained with these three different heat treatment methods are shown in Table 3 in comparison with the zone heat treated fibers of the present invention.

第3表 ()内は、第2回目の測定結果を示す。Table 3 The numbers in parentheses indicate the results of the second measurement.

第3表から、ヤング率、破断強度はゾーン熱処理後の繊
維がもっとも高く、以下緊張下、定長下、無緊張下熱処
理繊維の順に順次低下していることがわかる。
From Table 3, it can be seen that Young's modulus and breaking strength are the highest for the fibers after zone heat treatment, and then decrease in the order of tension, constant length, and non-tension heat treatment.

このことから、試料にかかる緊張が大きいほど力学的性
質がすぐれ、また同じ張力のとき‘ま試料全体を均一に
加熱するよりも局所的な加熱の方が熱処理の効果が大き
いことがわかった。複屈折についてもゾーン熱処理後の
繊維がもっとも高く、配向、とくに非晶鎖の配向が力学
的性質の向上に直接寄与しているものと考えられる。第
7図は、動的弾性率畑′の温度依存性を示すグラフであ
る。
From this, it was found that the greater the tension applied to the sample, the better the mechanical properties, and that local heating has a greater effect on heat treatment than uniformly heating the entire sample under the same tension. The fibers after zone heat treatment also have the highest birefringence, and it is thought that the orientation, especially the orientation of the amorphous chains, directly contributes to improving the mechanical properties. FIG. 7 is a graph showing the temperature dependence of the dynamic elastic modulus field.

白丸で示したのはゾーン熱処理後の繊維、黒丸で示した
ものは緊張下熱処理後の繊維を示す、白三角は定長下熱
処理後の繊維、黒三角は無緊張下熱処理後の繊維を示す
。これら4種類の熱処理物のうちでゾーン熱処理後の繊
維の動的弾性率E′が全温度範囲にわたってもっとも高
い値を示していることがわかる。第8図は、上記4種類
の熱処理物のtan6の温度依存性を示すグラフである
Open circles indicate fibers after zone heat treatment, black circles indicate fibers after heat treatment under tension, open triangles indicate fibers after heat treatment under constant length, and black triangles indicate fibers after heat treatment under no tension. . It can be seen that among these four types of heat-treated products, the dynamic elastic modulus E' of the fiber after zone heat treatment exhibits the highest value over the entire temperature range. FIG. 8 is a graph showing the temperature dependence of tan6 of the four types of heat-treated products.

無緊張下、定長下、緊張下およびゾーン熱処理となるに
したがいねn6ピークの強度は減少し、フロードとなり
しかもピークは順次高温側にシフトしていることが明ら
かである。第4表に、緊張下、定長下、無緊張下および
ゾーン熱処理された繊維のtan6ピーク温度の比較を
示す。
It is clear that the intensity of the n6 peak decreases as the heat treatment is performed under no tension, under constant length, under tension, and under zone heat treatment, and the intensity of the n6 peak decreases, becoming a flow, and the peak gradually shifts to the higher temperature side. Table 4 shows a comparison of the tan6 peak temperatures of fibers under tension, constant length, no tension, and zone heat treatment.

第4表 この第4表のピーク温度の比較から、無緊張下熱処理の
繊維の120ooから順に高温となり、ゾーン熱処理後
の繊維では実に14000となっている。
Table 4 Comparison of peak temperatures in Table 4 shows that the temperature increases in order from 120 oo for fibers heat-treated under no tension, and reaches 14,000 oo for fibers after zone heat treatment.

この分散ピークは非晶鎖セグメントのミクロブラウン運
動に基ずくQ分散と考えられているので、この分散ピー
クの温度の比較は非晶鎖の熱運動性の難易の目安を与え
る。このことから、ゾーン熱処理後の繊維がもっても非
晶鎖の運動性が少ない拘束状態にあることが明らかであ
る。実施例 5 本実施例では、原繊維として、約0.5剛直径の紡糸し
たままの複屈折0.5×10‐3、結晶性27.7%で
あるナイロン6繊維を用い、実施例1と同様、加熱炉の
温度とその移動速度、試料に加える張力および熱処理回
数のより好ましい条件を検討した。
Since this dispersion peak is considered to be Q dispersion based on micro-Brownian motion of the amorphous chain segment, comparison of the temperatures of this dispersion peak provides an indication of the degree of thermal mobility of the amorphous chain. From this, it is clear that even after the zone heat treatment, the fibers are in a constrained state in which the mobility of the amorphous chains is low. Example 5 In this example, nylon 6 fibers having an as-spun birefringence of 0.5 x 10-3 and crystallinity of 27.7%, approximately 0.5 stiff diameter, were used as the fibrils. Similarly, we investigated more favorable conditions such as the temperature of the heating furnace, its moving speed, the tension applied to the sample, and the number of heat treatments.

その結果を第6表に示す。第6表 この検討において、原繊維としてナイロン6繊維を使用
した場合においても、原繊維としてポリエチレンテレフ
タレート繊維を用いた実施例1と同様の挙動を示してい
る。
The results are shown in Table 6. Table 6 In this study, even when nylon 6 fibers were used as the fibrils, the behavior was similar to that in Example 1, in which polyethylene terephthalate fibers were used as the fibres.

実施例 6 本実施例では、実施例5に示した原繊維、ゾーン延伸し
た繊維およびゾーン熱処理後の繊維の力学的性質、配向
および結晶性の測定結果を示す。
Example 6 This example shows the results of measuring the mechanical properties, orientation, and crystallinity of the fibrils, zone-stretched fibers, and zone-heat-treated fibers shown in Example 5.

第7表には、ヤング率、被断強度、破断伸度、後屈折お
よび結晶性を示す。第7表 第7表から明らかなように、ナイロン6の場合も実施例
2に示したポリエチレンテレフタレートの場合と同様、
優れた力学的性質、配向および結晶性を示すこがわかる
Table 7 shows Young's modulus, breaking strength, breaking elongation, back refraction, and crystallinity. Table 7 As is clear from Table 7, in the case of nylon 6, as in the case of polyethylene terephthalate shown in Example 2,
It can be seen that it exhibits excellent mechanical properties, orientation, and crystallinity.

ヤング率については、ゾーン熱処理後の繊維は8.3×
1びod叩e/のを示し、市販の高張力繊維の値(2.
7〜5.0×1びod肌e/流)に比較してかなり高い
値を示している。また第7表から、ゾーン熱処理後の繊
維が非常に高い結晶および非晶鎖の配向度をもつにもか
かわらず、48.9%の結晶性を示し、ナイロン6繊維
はかなり広い範囲にわたって連続する結晶相をもつ高配
向のふさ状ミセル構造からなっているものと考えられる
。実施例7 本実施例では、実施例4と同様、微細構造、力学的性質
について、他の熱処理方法によって得られた繊維との比
較を行なう。
Regarding Young's modulus, the fiber after zone heat treatment is 8.3×
It shows the value of commercially available high tensile strength fiber (2.
7 to 5.0×1biod skin e/flow), this shows a considerably higher value. Table 7 also shows that although the fibers after zone heat treatment have a very high degree of crystalline and amorphous chain orientation, they exhibit a crystallinity of 48.9%, and the nylon 6 fibers are continuous over a fairly wide range. It is thought to consist of a highly oriented tufted micellar structure with a crystalline phase. Example 7 In this example, as in Example 4, the microstructure and mechanical properties are compared with fibers obtained by other heat treatment methods.

ここでいう緊張下熱処理、定長下熱処理のよび無緊張下
熱処理の条件は、いずれも原繊維を3倍に室温で延伸し
た後熱処理する点で共適しているが、緊張下熱処理は空
気裕中で10k9/地の張力下で175qC、30分間
処理するのに対し、定長下熱処理では、定長下200℃
、30分間、無緊張下熱処理は無緊張下で200℃、3
0分間いずれも真空裕中で熱処理するものである。これ
らそれぞれ異なる熱処理によって得られた繊維の力学的
性質、配向および故晶性の結果を、本発明のゾーン熱処
理後の繊維との比較で第8表に示す。
The conditions of heat treatment under tension, heat treatment under constant length, and heat treatment under no tension mentioned here are all suitable in that the fibril is stretched 3 times at room temperature and then heat treated, but heat treatment under tension is In contrast, heat treatment is performed at 175qC for 30 minutes under a tension of 10k9/base, while heat treatment is performed at 200°C under a constant length.
, heat treatment under no tension for 30 minutes at 200°C under no tension, 3
In both cases, heat treatment was performed for 0 minutes in a vacuum chamber. The mechanical properties, orientation and late crystallinity results of the fibers obtained by these different heat treatments are shown in Table 8 in comparison with the zone heat treated fibers of the present invention.

第8表 第8表から明らかなように、ナイロン6の場合も、実施
例4で示したポリエチレンテレフタレートの場合と同様
の傾向を示しているばかりでなく、ナイロン6の場合も
、他の熱処理方法によって得られた繊維にくらべて、力
学的性質がきわめて優れいることがわかる。
Table 8 As is clear from Table 8, the case of nylon 6 not only shows the same tendency as the case of polyethylene terephthalate shown in Example 4, but also the case of nylon 6 with other heat treatment methods. It can be seen that the mechanical properties are extremely superior compared to the fibers obtained by the method.

第9図は、上記4種類の熱処理物のtan6の温度依存
性を示すが、この場合も、ポリエチレンテレフタレート
繊維の場合と同様の懐向を示している。
FIG. 9 shows the temperature dependence of tan6 of the above-mentioned four types of heat-treated products, and this case also shows the same orientation as in the case of polyethylene terephthalate fiber.

第9表に、緊張下、定長下、無緊張下およびゾーン熱処
理されたねn6ピーク温度の比較を示す。
Table 9 shows a comparison of n6 peak temperatures under tension, constant length, no tension, and zone heat treatment.

第9表 実施例 8 本実施例では、前記したポリエチレンテレフタレートお
よびナイロン6以外の結晶化ポリマーへの適用例を確認
のため示す。
Table 9 Example 8 In this example, an example of application to crystallized polymers other than the above-mentioned polyethylene terephthalate and nylon 6 is shown for confirmation.

第眼識こは、本発明方法にしたがって製造したit−ポ
リプロピレンおよびポリエチレン繊維のヤング率を前記
したポIJマーの繊維の場合を含めて示す。第10表 第1項表から明らかなとおり、本発明の方法は、itー
ポリプロピレン、ポリエチレンなどが他の結晶性ポリマ
ーにも適用できる可能性がさらに確認された。
This figure shows the Young's modulus of IT-polypropylene and polyethylene fibers produced according to the method of the present invention, including those of the polymer fibers described above. As is clear from Table 10, Item 1, it was further confirmed that the method of the present invention could be applied to other crystalline polymers such as IT-polypropylene and polyethylene.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明に用いる装置の1例を示す概略図であ
る。 第1図中、1はクロスヘッド、2は加熱炉またはバンド
ヒーター、3は試料、4はホルダー、5はチャック、6
は棒状物、7はガイドを示す。第2図は、張力とヤング
率との関係を示すグラフであり、第3図は、温度と動的
弾性率E′、温度と損失弾性E″との関係を示すグラフ
である。第4−a図は、ゾーン延伸した繊維のX線ラゥ
ヱ写真であり、第4一b図は、ゾ−ン熱処理後の繊維の
X線ラゥェ写真である。第5−a図は、5倍延伸無緊張
下熱処理繊維の小角X線回折写真であり、第5−b図は
、ゾーン熱処理後の織縦の小角X線回折写真である。第
6−a図、第6−b図および第6−c図は、未延伸無緊
張下熱処理した場合、7倍に延伸した場合および7倍延
伸後緊張下熱処理した場合の赤外線吸収スペクトルを示
すグラフである。第7図は、温度と動的弾性率E′との
関係を示すグラフであり、第8図および第9図は、熱処
理物のtan8温度依存性を示すグラフである。第1図 第2図 第3図 麹森歌鮫 ;言三三麹釜鴎 鱗蔓船麹 綴る‐群磯 第6‐o図 第6‐b図 第6‐c図 第7図. 第8図 第9図
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus used in the present invention. In Figure 1, 1 is a crosshead, 2 is a heating furnace or band heater, 3 is a sample, 4 is a holder, 5 is a chuck, and 6
indicates a rod-shaped object, and 7 indicates a guide. Fig. 2 is a graph showing the relationship between tension and Young's modulus, and Fig. 3 is a graph showing the relationship between temperature and dynamic elastic modulus E', and temperature and loss elasticity E''. Figure a is an X-ray Laue photograph of the zone-stretched fiber, Figure 4-b is an X-ray Laue photograph of the fiber after zone heat treatment, and Figure 5-a is an X-ray Laue photograph of the fiber after zone stretching. Figure 5-b is a small-angle X-ray diffraction photograph of the bottom heat-treated fiber, and Figure 5-b is a small-angle X-ray diffraction photograph of the weave length after zone heat treatment. Figure 6-a, Figure 6-b, and Figure 6-c. The figure is a graph showing infrared absorption spectra when unstretched and heat treated under no tension, when stretched to 7 times, and when heat treated under tension after 7 times stretching. Fig. 8 and Fig. 9 are graphs showing the dependence of tan8 temperature on heat-treated products. Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Kojimori Utasame; Kotosan Sankoji Kama-o scale-vine-fune koji spell - Guniso Fig. 6-o Fig. 6-b Fig. 6-c Fig. 7. Fig. 8 Fig. 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ゾーン延伸として非晶質あるいは可能な限り低結晶
性の熱可塑性合成繊維を短い加熱帯域を通してそのガラ
ス転移点以上結晶化温度までの温度で周囲から局所的に
加熱しながら緊張下に延伸して非晶質あるいは低結晶性
の高配向繊維となし、ついてゾーン熱処理として記で得
られた繊維に分子鎖が伸び切る高度の緊張を加えつつ結
晶化温度以上の温度で短い加熱帯を通過させて周囲から
局所的に熱処理することを特徴とする高弾性率、高強度
繊維の製造法。
1. In zone stretching, an amorphous or as low-crystalline thermoplastic synthetic fiber as possible is stretched under tension through a short heating zone at a temperature from its glass transition point to its crystallization temperature while being locally heated from the surroundings. Amorphous or low-crystallinity highly oriented fibers are produced, and zone heat treatment is performed in which the resulting fibers are passed through a short heating zone at a temperature above the crystallization temperature while applying a high degree of tension to fully extend the molecular chains. A method for producing high-modulus, high-strength fibers characterized by local heat treatment from the surrounding area.
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